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JP4404862B2 - Preform for composite material and method for producing the same - Google Patents

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JP4404862B2 JP2006028698A JP2006028698A JP4404862B2 JP 4404862 B2 JP4404862 B2 JP 4404862B2 JP 2006028698 A JP2006028698 A JP 2006028698A JP 2006028698 A JP2006028698 A JP 2006028698A JP 4404862 B2 JP4404862 B2 JP 4404862B2
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Central Motor Wheel Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Description

本発明は、アルミニウム合金等の軽金属と複合化して金属複合材を成形するための複合材用プリフォーム、及びこの複合材用プリフォームの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a composite preform for forming a metal composite by compounding with a light metal such as an aluminum alloy, and a method for producing the composite preform.

例えば、自動車には、燃費や走安性等を向上させるために、軽量化、高耐久性、低熱膨張性等に優れるアルミニウム等の軽金属から製造された部品が増加する傾向にある。特に、エンジン部品等のように使用環境が厳しいものには、軽金属とセラミックス等の強化材とを複合化した金属複合材が適用されており、さらなる軽量化と高耐久性等が発揮できるようになっている。   For example, automobiles tend to have more parts manufactured from light metals such as aluminum, which are excellent in weight reduction, high durability, low thermal expansion, and the like, in order to improve fuel economy and driving performance. In particular, metal composites made by combining light metals and reinforcing materials such as ceramics are applied to those with severe usage environments such as engine parts, so that further weight reduction and high durability can be demonstrated. It has become.

この金属複合材は、予めセラミック繊維やセラミック粒子等の強化材により所定形状の複合材用プリフォームを成形した後、該複合材用プリフォームにダイカスト成形法等により軽金属の溶湯を含浸することにより形成される。ここで、複合材用プリフォームは、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子を、所定温度で焼結させることにより形成される。尚、このセラミック繊維又は/及びセラミック粒子には、焼結前に、該繊維又は/及び粒子の結合を促進するために、アルミナゾルやシリカゾル等の無機バインダーを混入することが一般的である。この無機バインダーは、焼結時に、ゲル化して結晶化することによって、セラミック繊維やセラミック粒子等の強化材同士を結合するものである。   This metal composite material is obtained by molding a preform for a composite material having a predetermined shape with a reinforcing material such as ceramic fibers or ceramic particles in advance, and then impregnating the composite material preform with a melt of light metal by a die casting method or the like. It is formed. Here, the composite preform is formed by sintering ceramic fibers and / or ceramic particles at a predetermined temperature. In general, the ceramic fibers or / and ceramic particles are mixed with an inorganic binder such as alumina sol or silica sol in order to promote bonding of the fibers or / and particles before sintering. This inorganic binder binds together reinforcing materials such as ceramic fibers and ceramic particles by gelling and crystallizing during sintering.

ところで、上記した自動車のエンジン部品にあっては、耐摩耗性や振動減衰能の向上が求められていることから、潤滑性や減衰性に優れる黒鉛や活性炭等を混合して複合材用プリフォームを成形し、当該複合材用プリフォームにアルミニウム合金等の軽金属を含浸してなる金属複合材が提案されている(例えば、特許文献1)。
特開2004−35910号公報
By the way, the above-mentioned automobile engine parts are required to have improved wear resistance and vibration damping capability. Therefore, graphite, activated carbon, etc., which are excellent in lubricity and damping properties, are mixed and preformed for composite materials. A metal composite material has been proposed in which a preform is molded and the preform for the composite material is impregnated with a light metal such as an aluminum alloy (for example, Patent Document 1).
JP 2004-35910 A

上記した金属複合材は、軽金属の溶湯が複合材用プリフォーム内に行き渡り、充分に含浸されていることによって、耐久性や強度等の力学的特性を高く発揮し得るものとなる。ところが、複合材用プリフォームへの溶湯の含浸が不充分であると、金属複合材内に比較的大きな巣(未含浸部位)が生成されてしまうため、当該金属複合材はその力学的特性を充分に発揮できないものとなる。このため、複合材用プリフォームは、その内部に軽金属の溶湯が流れ易く充分に含浸可能となるように、所謂通気性に優れたものであることを求められている。特に、高い生産性を発揮し得るように比較的高速で溶湯を充填する高速ダイカスト成形法にあっては、高い通気性を有する複合材用プリフォームが必須となっている。   The metal composite material described above can exhibit high mechanical properties such as durability and strength when the molten metal of light metal spreads in the preform for composite material and is sufficiently impregnated. However, if the molten metal is not sufficiently impregnated into the composite preform, a relatively large nest (unimpregnated portion) is generated in the metal composite, and the metal composite exhibits its mechanical properties. It will not be able to fully demonstrate. For this reason, the preform for composite material is required to have excellent so-called air permeability so that the melt of light metal can easily flow inside and can be sufficiently impregnated. In particular, in a high-speed die casting method in which a molten metal is filled at a relatively high speed so that high productivity can be exhibited, a preform for composite material having high air permeability is essential.

ところで、上記した従来構成の、アルミナゾルやシリカゾル等の無機バインダーを混合して焼結してなる複合材用プリフォームにあっては、800℃〜1500℃で行う焼結時に、アルミナゾルやシリカゾルが粒状に結晶化してセラミック繊維やセラミック粒子などの強化材の表面に付着したり、この粒状のものが密集して固まった塊状のものが該強化材の表面や強化材間に付着する等となっている。このため、この複合材用プリフォームは、その各強化材間の隙間が狭くなっており、総じて通気性が妨げられたものとなっていた。そして、この従来構成の複合材用プリフォームに軽金属の溶湯を含浸させると、該溶湯が充分に含浸できず、金属複合材には上記した巣が生成されることとなってしまう。さらに、上記した高速ダイカスト成形法により軽金属の溶湯を含浸させると、複合材用プリフォームが変形したり、成形した金属複合材に割れ等の亀裂が発生するという問題も生じていた。このような変形や亀裂の発生は、複合材用プリフォームの強度不足が原因と考えられ、上記した従来構成のように無機バインダーによる強化材同士の結合では高速ダイカスト成形法に不適であった。   By the way, in the composite material preform having the above-described conventional configuration and mixing and sintering an inorganic binder such as alumina sol or silica sol, the alumina sol or silica sol is granular during sintering performed at 800 ° C. to 1500 ° C. It is crystallized to adhere to the surface of the reinforcing material such as ceramic fibers and ceramic particles, or the granular material is concentrated and solidified to adhere to the surface of the reinforcing material or between the reinforcing materials. Yes. For this reason, this composite preform has narrow gaps between the reinforcing materials, and the air permeability is generally hindered. When the preform for composite material having the conventional structure is impregnated with a molten metal of light metal, the molten metal cannot be sufficiently impregnated, and the above-described nest is generated in the metal composite material. Furthermore, when impregnated with a molten metal of light metal by the high-speed die casting method described above, there has been a problem that the preform for composite material is deformed and cracks such as cracks occur in the formed metal composite material. Such deformations and cracks are considered to be caused by insufficient strength of the composite preform, and bonding of reinforcing materials with an inorganic binder as described above is not suitable for high-speed die casting.

尚、複合材用プリフォームにあっては、一般的に、セラミック繊維やセラミック粒子の含有率を高めるに従って、該複合材用プリフォームの強度が向上するが、通気性は逆に低下する傾向にある。同様に、この含有率を低くするに従って、通気性は向上するが、強度は低下してしまう。このように複合材用プリフォームは、その強度と通気性との両方を向上させることが容易にできないものであった。   In general, in the composite preform, the strength of the composite preform increases as the content of ceramic fibers and ceramic particles increases, but the air permeability tends to decrease. is there. Similarly, as the content is decreased, the air permeability is improved, but the strength is decreased. Thus, the preform for composite material cannot easily improve both strength and air permeability.

本発明は、高い強度と優れた通気性とを有し、高速ダイカスト成形法に適用されて、優れた力学的特性を発揮し得る金属複合材を成形可能な複合材用プリフォーム及びその製造方法を提案する。   The present invention has a high strength and excellent breathability, is applied to a high-speed die casting method, and can form a metal composite material that can exhibit excellent mechanical properties, and a method for producing the same Propose.

本発明は、セラミック繊維又は/及びセラミックス粒子を焼結してなるものであって、軽金属の溶湯が含浸されることにより金属複合材を成形するための複合材用プリフォームにおいて、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に、シリカゾル及び炭酸カルシウムを混合して、所定温度で焼結したものであり、該焼結によりシリカゾルと炭酸カルシウムから分解された一酸化カルシウムとが反応して生成されるカルシウム−ケイ素焼結体によって、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子が相互に結合され、かつ該繊維又は/及び粒子間に空隙が形成されていることを特徴とするものである。ここで、カルシウム−ケイ素焼結体は、結晶化された化合物として生成される場合と、非結晶状の所謂ガラス状態として生成される場合とのいずれであっても良い。   The present invention relates to a composite preform formed by sintering ceramic fibers and / or ceramic particles, and forming a metal composite material by impregnating with a melt of light metal. And silica sol and calcium carbonate mixed with ceramic particles and sintered at a predetermined temperature, and the calcium-silicon produced by the reaction between the silica sol and calcium monoxide decomposed from calcium carbonate by the sintering Ceramic fibers or / and ceramic particles are bonded to each other by the sintered body, and voids are formed between the fibers or / and particles. Here, the calcium-silicon sintered body may be produced either as a crystallized compound or as a non-crystalline so-called glass state.

かかる構成の、カルシウム−ケイ素焼結体によってセラミック繊維又は/及びセラミック粒子を相互に結合してなる複合材用プリフォームは、上述した従来構成の、無機バインダーが粒状や塊状に結晶化することによりセラミック繊維又は/及びセラミック粒子を結合してなるプリフォームに比して、高い強度を発揮することができる。これは、シリカゾル(SiO)と、炭酸カルシウム(CaCO)から分解された一酸化カルシウム(CaO)とが反応して生成されたカルシウム−ケイ素焼結体が、従来構成の無機バインダーに比して、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子を強固に結合できるからである。 The preform for a composite material having such a structure, in which ceramic fibers or / and ceramic particles are bonded to each other by a calcium-silicon sintered body, is obtained by crystallizing the inorganic binder in a granular shape or a lump shape as described above. Compared with a preform formed by bonding ceramic fibers or / and ceramic particles, high strength can be exhibited. This is because the calcium-silicon sintered body produced by the reaction of silica sol (SiO 2 ) and calcium monoxide (CaO) decomposed from calcium carbonate (CaCO 3 ) is compared with the inorganic binder of the conventional structure. This is because the ceramic fibers and / or ceramic particles can be firmly bonded.

さらに、本発明の複合材用プリフォームでは、カルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)によって、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子が相互に結合されていると共に、該繊維又は粒子間に空隙が形成されている。ここで、カルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)は、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に膜状に付着するように生成されることから、この空隙は比較的広く形成されることとなる。これに対して、上述した従来の、無機バインダーが結晶化してなる構成では、この粒状や塊状の結晶体がセラミック繊維又は/及びセラミック粒子の表面に付着したり、該繊維又は/及び粒子間に付着する。このことから、本発明の複合材用プリフォームに形成される空隙は、この従来構成のプリフォームに存在する隙間に比して、広く確保され得る。したがって、本発明の複合材用プリフォームは優れた通気性を発揮し得るものである。   Furthermore, in the preform for composite material of the present invention, ceramic fibers or / and ceramic particles are bonded to each other by a calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body), and between the fibers or particles. A void is formed. Here, since the calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) is produced so as to adhere to the ceramic fibers or / and ceramic particles in a film form, the voids are formed relatively wide. It becomes. On the other hand, in the conventional structure in which the inorganic binder is crystallized as described above, this granular or massive crystal is attached to the surface of the ceramic fiber or / and ceramic particles, or between the fibers or / and particles. Adhere to. From this, the gap formed in the preform for composite material of the present invention can be secured wider than the gap existing in the preform having the conventional configuration. Therefore, the composite preform according to the present invention can exhibit excellent air permeability.

このように本発明の複合材用プリフォームは、高い強度と優れた通気性との両者を発揮できることから、高速ダイカスト成形法により軽金属の溶湯を含浸しても、該溶湯を充分に含浸することができると共に、変形や亀裂等を生じない。而して、本発明の複合材用プリフォームは、高い生産性を発揮し得る高速ダイカスト成形に適用可能であり、優れた力学的特性を有する金属複合材を得ることができるものである。   Thus, since the composite preform of the present invention can exhibit both high strength and excellent air permeability, even when impregnated with a light metal melt by a high-speed die casting method, the melt should be sufficiently impregnated. It does not cause deformation and cracks. Thus, the preform for composite material of the present invention can be applied to high-speed die casting which can exhibit high productivity, and a metal composite material having excellent mechanical properties can be obtained.

また、上述した複合材用プリフォームにあって、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に混合するシリカゾルが、その含有するシリカの重量を、セラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.01以上かつ0.15以下の重量比となるようにしたものであると共に、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に混合する炭酸カルシウムが、その重量を、セラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.001以上かつ0.15以下の重量比となるようにしたものである構成が提案される。ここで、セラミック粒子を混合しない場合には、セラミック繊維の重量がこの合計重量となり、セラミック繊維を混合しない場合には、セラミック粒子の重量が合計重量となる。   In the composite preform described above, the silica sol mixed with the ceramic fibers or / and the ceramic particles has a silica weight of 0.01 or more with respect to the total weight of the ceramic fibers and the ceramic particles. The weight ratio is 0.15 or less, and the calcium carbonate mixed with the ceramic fibers or / and ceramic particles has a weight of 0.001 or more with respect to the total weight of the ceramic fibers and ceramic particles. In addition, a configuration is proposed in which the weight ratio is 0.15 or less. Here, when the ceramic particles are not mixed, the weight of the ceramic fibers becomes this total weight, and when the ceramic fibers are not mixed, the weight of the ceramic particles becomes the total weight.

かかる構成にあっては、シリカゾル(SiO)と炭酸カルシウム(CaCO)から分解された一酸化カルシウム(CaO)とから生成されるカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)によって、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子が相互に充分強固に結合され、かつ該繊維又は/及び粒子間に充分な広さの空隙が形成され得る。ここで、セラミック繊維及びセラミック粒子に対するカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)の生成量が多くなるに従って、該繊維又は/及び粒子への付着量も増加することとなるから、繊維又は/及び粒子間に生成する空隙が狭くなり、総じて通気性が低減する傾向を示す。一方、カルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)の生成量が少なくなるに従って、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子を相互に結合する力も低下し、複合材用プリフォームの強度が低減する傾向を示す。したがって、かかる構成のように、シリカゾルと炭酸カルシウムとを混合する夫々の重量を、セラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対する各重量比となるようにすることによって、焼結時にカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)が適量生成され、この複合材用プリフォームは、高い強度と優れた通気性をバランス良くかつ安定的に発揮し得るものとなる。 In such a configuration, by a calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) generated from silica sol (SiO 2 ) and calcium monoxide (CaO) decomposed from calcium carbonate (CaCO 3 ), Ceramic fibers or / and ceramic particles can be sufficiently firmly bonded to each other, and a sufficiently wide void can be formed between the fibers or / and particles. Here, as the amount of calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) generated with respect to ceramic fibers and ceramic particles increases, the amount of adhesion to the fibers or / and particles also increases. Or / and the space | gap produced | generated between particle | grains becomes narrow, and the air permeability tends to reduce generally. On the other hand, as the generation amount of the calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) decreases, the strength of bonding the ceramic fibers and / or ceramic particles to each other decreases, and the strength of the composite preform decreases. Show the trend. Therefore, the calcium-silicon sintered body is sintered at the time of sintering by setting each weight ratio of mixing silica sol and calcium carbonate to the respective weight ratios with respect to the total weight of the ceramic fibers and ceramic particles as in this configuration. An appropriate amount of (Ca-Si sintered body) is produced, and this preform for composite material can exhibit high strength and excellent air permeability in a balanced and stable manner.

尚、シリカゾルにあっては、その含有するシリカの重量が、セラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.04以上かつ0.10以下の重量比となるようにしたものが好適である。同様に、炭酸カルシウムにあっては、その重量が、この合計重量に対して0.04以上かつ0.10以下の重量比となるようにしたものが好適である。このような各重量比の炭酸カルシウムとシリカゾルとから生成されたカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)により、複合材用プリフォームは、強度と通気性とのバランスに一層優れたものとなり得る。   In the silica sol, it is preferable that the silica contained therein has a weight ratio of 0.04 or more and 0.10 or less with respect to the total weight of the ceramic fibers and ceramic particles. Similarly, calcium carbonate having a weight ratio of 0.04 or more and 0.10 or less with respect to the total weight is preferable. By such a calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) generated from calcium carbonate and silica sol at various weight ratios, the preform for composite material has an even better balance between strength and air permeability. Can be a thing.

上述した複合材用プリフォームにあって、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に、シリカゾルと共に混合する炭酸カルシウムが、粒径10μm以下のものであるとした構成が提案される。ここで、炭酸カルシウム(CaCO)は、比較的容易に取り扱うことができ、かつ一般的に生成可能である、粒径0.1μm以上のものが好適に用い得る。 In the above-described composite preform, a configuration is proposed in which the calcium carbonate mixed with the silica sol in the ceramic fibers and / or ceramic particles has a particle size of 10 μm or less. Here, calcium carbonate (CaCO 3 ) having a particle diameter of 0.1 μm or more, which can be handled relatively easily and can be generally generated, can be suitably used.

焼結によってシリカゾル(SiO)と反応する一酸化カルシウムは、その形状が大きくなるに従って該シリカゾルとの反応性が低くなる傾向にある。そして、粒径10μm以下の炭酸カルシウムを混合することにより、一酸化カルシウムとシリカゾルとが充分かつ容易に反応し、カルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)がセラミック繊維又は/及びセラミック粒子に滑らかな膜状に生成され易くなる。これにより、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子間の空隙が充分かつ適正に確保されることとなり、この複合材用プリフォームは一層優れた通気性を発揮し得る。さらに、一酸化カルシウムとシリカゾルとが充分に反応して生成されるカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)は、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子を相互に一層強固に結合することとなり、この複合材用プリフォームが一層高い強度を発揮し得る。尚、この炭酸カルシウムとしては、粒径0.1μm以上かつ5μm以下のものが一層高い反応性を発揮することから、好適に用い得る。 Calcium monoxide that reacts with silica sol (SiO 2 ) by sintering tends to decrease in reactivity with the silica sol as its shape increases. Then, by mixing calcium carbonate having a particle size of 10 μm or less, calcium monoxide and silica sol react sufficiently and easily, and the calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) becomes a ceramic fiber or / and ceramic. It becomes easy to produce | generate to particle | grains in the smooth film form. Thereby, the space | gap between ceramic fiber or / and a ceramic particle will be ensured enough and appropriately, and this preform for composite materials can exhibit the further outstanding air permeability. Furthermore, a calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) produced by a sufficient reaction between calcium monoxide and silica sol bonds ceramic fibers or / and ceramic particles more firmly to each other. This composite preform can exhibit even higher strength. As the calcium carbonate, those having a particle size of 0.1 μm or more and 5 μm or less can be suitably used because they exhibit higher reactivity.

また、上述した複合材用プリフォームにあって、焼結前のセラミック粒子として、粒径10μm以下のホウ酸アルミニウム粒子を用いてなる構成が提案される。ここで、ホウ酸アルミニウム粒子は、比較的容易に取り扱うことができ、かつ一般的に生成可能である、粒径0.1μm以上のものが好適に用い得る。   In the composite preform described above, a configuration is proposed in which aluminum borate particles having a particle size of 10 μm or less are used as ceramic particles before sintering. Here, as the aluminum borate particles, particles having a particle diameter of 0.1 μm or more that can be handled relatively easily and can be generally generated can be suitably used.

ここで、粒径10μm以下のホウ酸アルミニウム粒子(9Al・2B)を混合すると、焼結により、該ホウ酸アルミニウム粒子と、シリカゾル(SiO)と、炭酸カルシウム(CaCO)から分解した一酸化カルシウム(CaO)とが反応してカルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体(Ca−B−Si焼結体)を生成する。そして、このカルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体(Ca−B−Si焼結体)によって、セラミック繊維又は/及び他のセラミック粒子が相互に結合された構成の複合材用プリフォームとなる。このカルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体(Ca−B−Si焼結体)は、上述したカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)と同様に、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子を強固に結合すると共に、該繊維又は/及び粒子に膜状に付着して比較的広い空隙を形成する。したがって、この本構成の複合材用プリフォームは、上述した従来構成のプリフォームに比して、高い強度を発揮し、かつ優れた通気性を有するものとなっている。そして、本構成の複合材用プリフォームは高速ダイカスト成形法に適用でき、優れた力学的特性を発揮し得る金属複合材を成形でき得る。 Here, when mixed particle size 10μm or less of aluminum borate particles (9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3), by sintering, and the aluminum borate particles, silica sol (SiO 2), calcium carbonate (CaCO 3 ) Decomposed from calcium monoxide (CaO) to produce a calcium-boron-silicon sintered body (Ca-B-Si sintered body). The calcium-boron-silicon sintered body (Ca-B-Si sintered body) forms a composite preform having a structure in which ceramic fibers and / or other ceramic particles are bonded to each other. This calcium-boron-silicon sintered body (Ca-B-Si sintered body), like the above-mentioned calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body), strengthens ceramic fibers and / or ceramic particles. And a relatively wide space is formed by adhering to the fibers or / and particles in a film form. Therefore, the preform for composite material of this configuration exhibits high strength and has excellent air permeability as compared with the preform of the conventional configuration described above. The preform for composite material of this configuration can be applied to a high-speed die casting method, and can form a metal composite material that can exhibit excellent mechanical properties.

ここで、ホウ酸アルミニウム粒子は、その粒径が大きくなるに従って、シリカゾル(SiO)及び一酸化カルシウム(CaO)の反応性が低下する傾向を示す。したがって、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子を強固に結合でき得るカルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体(Ca−B−Si焼結体)を充分かつ容易に生成可能となるように、本構成では粒径10μm以下のホウ酸アルミニウム粒子を混合している。尚、このホウ酸アルミニウム粒子にあっては、粒径1μm以上かつ5μm以下のものが、シリカゾル(SiO)と一酸化カルシウム(CaO)との反応性に一層優れ、さらに好適に用い得る。 Here, the aluminum borate particles show a tendency that the reactivity of silica sol (SiO 2 ) and calcium monoxide (CaO) decreases as the particle size increases. Therefore, in this configuration, the particle size is set so that a calcium-boron-silicon sintered body (Ca-B-Si sintered body) capable of firmly bonding ceramic fibers and / or ceramic particles can be generated sufficiently and easily. Aluminum borate particles of 10 μm or less are mixed. As for the aluminum borate particles, particles having a particle size of 1 μm or more and 5 μm or less are more excellent in reactivity between silica sol (SiO 2 ) and calcium monoxide (CaO), and can be used more suitably.

一方、上記した複合材用プリフォームを成形する製造方法として、本発明は、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に、シリカゾル及び炭酸カルシウムを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、該混合水溶液から水分を除去して、混合物を形成する脱水工程と、この混合物を所定温度で焼結することにより、シリカゾルと、炭酸カルシウムから分解された一酸化カルシウムとを反応させてカルシウム−ケイ素焼結体を生成し、該カルシウム−ケイ素焼結体によりセラミック繊維又は/及びセラミック粒子を相互に結合するようにした焼結工程とを備えていることを特徴とする製造方法である。   On the other hand, as a manufacturing method for forming the above preform for composite material, the present invention includes a mixing step of preparing a mixed aqueous solution by mixing silica sol and calcium carbonate in water with ceramic fibers or / and ceramic particles, and the mixed aqueous solution. A dehydration step of removing water from the mixture to form a mixture, and sintering the mixture at a predetermined temperature, thereby reacting the silica sol with calcium monoxide decomposed from calcium carbonate to cause a calcium-silicon sintered body And a sintering step in which ceramic fibers or / and ceramic particles are bonded to each other by the calcium-silicon sintered body.

ここで、焼結工程では、炭酸カルシウム(CaCO)から一酸化カルシウム(CaO)が分解され、この一酸化カルシウム(CaO)とシリカゾル(SiO)とを反応させてカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)を生成する。そして、このカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)が、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子を相互に結合にする。このように製造された複合材用プリフォームは、上述した従来構成の無機バインダーにより結合されてなるプリフォームに比して、高い強度を発揮し得るものとなる。上述したように、このカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)は、アルミナゾルやシリカゾル等の無機バインダーを結晶化して結合したものに比して、強固な結合力となっている。したがって、本方法により製造された複合材用プリフォームは、高い強度を有するものとなる。 Here, in the sintering step, calcium monoxide (CaO) is decomposed from calcium carbonate (CaCO 3 ), and this calcium monoxide (CaO) and silica sol (SiO 2 ) are reacted to produce a calcium-silicon sintered body ( Ca-Si sintered body) is generated. The calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) bonds ceramic fibers and / or ceramic particles to each other. The composite preform produced in this way can exhibit higher strength than the preform bonded with the inorganic binder having the conventional structure described above. As described above, this calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) has a stronger binding force than that obtained by crystallizing and binding an inorganic binder such as alumina sol or silica sol. Therefore, the composite preform produced by this method has high strength.

さらに、カルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)は、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に膜状に付着して生成されることから、これら繊維又は/及び粒子間に比較的広い空隙が生成される。この空隙は、上述した従来構成の、無機バインダーを結晶化して焼結した繊維又は/粒子間の隙間に比して、充分に広く生成されることから、本方法により製造された複合材用プリフォームは、優れた通気性を有するものとなる。   Further, since the calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) is produced by adhering to the ceramic fibers or / and ceramic particles in a film shape, a relatively wide gap is formed between the fibers or / and particles. Is generated. Since the voids are sufficiently wide as compared to the gaps between the fibers and / or particles formed by crystallizing and sintering the inorganic binder in the conventional configuration described above, the composite material block produced by this method is used. The reform has excellent breathability.

また、混合工程では、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子、シリカゾル並びに炭酸カルシウムを水中で攪拌するようにしていることから、焼結工程前の混合物には、これら繊維又は/及び粒子とシリカゾルと炭酸カルシウムとが、その全体に亘ってほぼ均一に分散されている。これにより、焼結工程では、上述したカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)が全体に亘ってほぼ均一に生成され、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子を全体的にほぼ均一に結合することとなる。したがって、本方法により製造された複合材用プリフォームには、強度や通気性の偏在化がほとんどなく、総じて高い強度と優れた通気性を発揮し得るものとなる。   In the mixing step, ceramic fibers or / and ceramic particles, silica sol, and calcium carbonate are stirred in water. Therefore, the mixture before the sintering step includes these fibers or / and particles, silica sol, and calcium carbonate. Are distributed almost uniformly throughout. As a result, in the sintering process, the above-mentioned calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) is generated almost uniformly throughout, and the ceramic fibers and / or ceramic particles are bonded almost uniformly throughout. Will be. Therefore, the preform for composite material produced by this method has almost no uneven distribution of strength and air permeability, and can generally exhibit high strength and excellent air permeability.

本製造方法によれば、上述した強度と通気性とに優れる複合材用プリフォームを、比較的容易かつ安定的に製造することができ得る。そして、この複合材用プリフォームは、高速ダイカスト成形法に適用可能であり、高い力学的特性を発揮し得る金属複合材を成形可能である。   According to this manufacturing method, the composite preform having excellent strength and air permeability described above can be manufactured relatively easily and stably. The composite material preform can be applied to a high-speed die casting method, and can form a metal composite material that can exhibit high mechanical properties.

この複合材用プリフォームの製造方法として、混合工程で混合するシリカゾルが、その含有するシリカの重量を、セラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.01以上かつ0.15以下の重量比となるようにしたものであると共に、混合工程で混合する炭酸カルシウムが、その重量を、セラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.001以上かつ0.15以下の重量比となるようにしたものである方法が提案される。ここで、セラミック粒子を混合しない場合には、セラミック繊維の重量がこの合計重量となり、セラミック繊維を混合しない場合には、該セラミック粒子の重量が合計重量となる。   As a method for producing the preform for composite material, the silica sol mixed in the mixing step has a weight ratio of 0.01 or more and 0.15 or less with respect to the total weight of the silica and ceramic particles. In addition, the calcium carbonate mixed in the mixing step has a weight ratio of 0.001 or more and 0.15 or less with respect to the total weight of the ceramic fibers and ceramic particles. A method is proposed. Here, when the ceramic particles are not mixed, the weight of the ceramic fibers becomes the total weight, and when the ceramic fibers are not mixed, the weight of the ceramic particles becomes the total weight.

かかる混合工程で調合した混合水溶液が脱水工程を経て焼結工程で焼結されることにより、該焼結工程で生成されるカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)によってセラミック繊維又は/及びセラミック粒子を相互に充分強固に結合し、かつ該繊維又は/及び粒子間に充分な広さの空隙を形成でき得る。ここで、混合工程で混合するシリカゾル(SiO)と炭酸カルシウム(CaCO)とが、上記したセラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対する重量比より多ければ、カルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)の生成量も多くなり、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子への付着量も増加する。そして、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子間に生成する空隙が狭くなり、複合材用プリフォームの通気性が低減する傾向を示す。一方、逆にシリカゾル(SiO)と炭酸カルシウム(CaCO)とが、上記した合計重量に対する重量比より少なければ、カルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)の生成量も少なくなり、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子を相互に結合する力も弱まり、複合材用プリフォームの強度が低下する傾向を示す。以上のことから、シリカゾル(SiO)と炭酸カルシウム(CaCO)との混入量を、上記した重量比とすることにより、高い強度と優れた通気性とをバランス良く発揮し得る複合材用プリフォームを安定して製造できる。 The mixed aqueous solution prepared in the mixing step is sintered in the sintering step through the dehydration step, so that the ceramic fiber or the calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) generated in the sintering step is used. It is possible to bond the ceramic particles sufficiently firmly to each other and form a sufficiently wide void between the fibers or / and the particles. Here, if the silica sol (SiO 2 ) and calcium carbonate (CaCO 3 ) mixed in the mixing step are larger than the weight ratio with respect to the total weight of the ceramic fibers and ceramic particles described above, a calcium-silicon sintered body (Ca-Si) The amount of (sintered body) produced is increased, and the amount of adhesion to the ceramic fibers and / or ceramic particles is also increased. And the space | gap produced | generated between ceramic fiber or / and a ceramic particle becomes narrow, and the air permeability of the preform for composite materials shows the tendency to reduce. On the other hand, if the silica sol (SiO 2 ) and calcium carbonate (CaCO 3 ) are less than the above weight ratio to the total weight, the amount of calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) generated is reduced. Moreover, the force which mutually bonds a ceramic fiber or / and ceramic particle | grains also becomes weak, and the tendency for the intensity | strength of the preform for composite materials to fall is shown. From the above, by setting the mixing amount of silica sol (SiO 2 ) and calcium carbonate (CaCO 3 ) to the above-described weight ratio, a composite material that can exhibit high strength and excellent air permeability in a well-balanced manner. Reform can be manufactured stably.

尚、混合工程で混合するシリカゾルに含有するシリカの重量は、セラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.04以上かつ0.10以下の重量比とすることが好適である。また、炭酸カルシウムの重量は、この合計重量に対して0.04以上かつ0.10以下の重量比とすることが好適である。これにより、高い強度と優れた通気性とのバランスに一層優れた複合材用プリフォームを製造でき得る。   The weight of silica contained in the silica sol mixed in the mixing step is preferably 0.04 or more and 0.10 or less with respect to the total weight of the ceramic fibers and ceramic particles. The weight of calcium carbonate is preferably set to a weight ratio of 0.04 or more and 0.10 or less with respect to the total weight. Thereby, it is possible to manufacture a preform for a composite material that is further excellent in the balance between high strength and excellent air permeability.

上述した複合材用プリフォームの製造方法にあって、混合工程で混合する炭酸カルシウムが、粒径10μm以下のものであるとした方法が提案される。   In the composite material preform manufacturing method described above, a method is proposed in which the calcium carbonate mixed in the mixing step has a particle size of 10 μm or less.

焼結工程で、シリカゾル(SiO)と反応する一酸化カルシウム(CaO)は、その形状が大きくなるに従って該シリカゾルとの反応性が低くなる傾向にある。このため、混合工程で、粒径10μm以下の炭酸カルシウムを混合することにより、焼結工程で、一酸化カルシウムとシリカゾルとが充分かつ容易に反応して、カルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)が、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に滑らかな膜状に付着した状態で生成されることとなり得る。これにより、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子間の空隙が充分かつ適正に確保されることとなり、一層優れた通気性を発揮する複合材用プリフォームを製造できる。また、粒径10μm以下の比較的小さな炭酸カルシウムは、混合工程で分散し易く、混合水溶液内に一層均一に存在することとなる。このため、焼成工程で生成されるカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)は、セラミック繊維やセラミック粒子のほぼ全体に亘って、一層均一に付着することとなる。 In the sintering process, calcium monoxide (CaO) that reacts with silica sol (SiO 2 ) tends to become less reactive with the silica sol as its shape increases. For this reason, by mixing calcium carbonate having a particle size of 10 μm or less in the mixing step, calcium monoxide and silica sol react sufficiently and easily in the sintering step, so that a calcium-silicon sintered body (Ca-Si) is obtained. (Sintered body) may be produced in a state of being attached to the ceramic fiber or / and ceramic particles in a smooth film state. Thereby, the space | gap between ceramic fiber or / and ceramic particle | grains will be ensured sufficiently and appropriately, and the preform for composite materials which exhibits the further outstanding air permeability can be manufactured. In addition, relatively small calcium carbonate having a particle size of 10 μm or less is easily dispersed in the mixing step, and is present more uniformly in the mixed aqueous solution. For this reason, the calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) produced in the firing step adheres more uniformly over almost the entire ceramic fiber or ceramic particle.

而して、本方法により製造された複合材用プリフォームは、高い強度と優れた通気性とを、その全体で一層等しく発揮し得るものとなり、安定性とバランスとにより優れたものとなり得る。   Therefore, the composite preform produced by the present method can exhibit high strength and excellent air permeability evenly as a whole, and can be excellent in stability and balance.

尚、炭酸カルシウムにあっては、取り扱いの容易さ及び比較的容易に生成可能であることから、粒径0.1μm以上のもの用い得る。そして、シリカゾルとの反応性を一層良くするために、粒径0.1μm以上かつ5μm以下のものが好適に用い得る。   Note that calcium carbonate having a particle size of 0.1 μm or more can be used because it is easy to handle and can be generated relatively easily. And in order to improve the reactivity with a silica sol, a thing with a particle size of 0.1 micrometer or more and 5 micrometers or less can be used conveniently.

また、上述した複合材用プリフォームにあって、混合工程で、セラミック粒子として、粒径10μm以下のホウ酸アルミ粒子を混入して混合水溶液を調合するようにした方法が提案される。   Moreover, in the above-described composite material preform, a mixed aqueous solution is prepared by mixing aluminum borate particles having a particle size of 10 μm or less as ceramic particles in the mixing step.

混合工程で、粒径10μm以下のホウ酸アルミニウム粒子(9Al・2B)を混合することにより、焼結工程で、炭酸カルシウム(CaCO)から分離した一酸化カルシウム(CaO)がシリカゾル(SiO)及びこのホウ酸アルミニウム粒子と反応して、カルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体(Ca−B−Si焼結体)を生成する。そして、このカルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体(Ca−B−Si焼結体)は、セラミック繊維又は/及び他のセラミック粒子を相互に強固に結合すると共に、該繊維又は/及び粒子間に充分な広さの空隙を形成する。ここで、ホウ酸アルミニウム粒子(9Al・2B)は、その粒径が小さくなるに従って、一酸化カルシウム(CaO)とシリカゾル(SiO)との反応性が良くなる傾向を示す。このため、粒径10μm以下のホウ酸アルミニウム粒子を用いることにより、焼結工程で、セラミック繊維やセラミック粒子を強固に結合でき得るカルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体(Ca−B−Si焼結体)を充分かつ容易に生成可能となる。 In the mixing step, by mixing the particle size 10μm or less of aluminum borate particles (9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3), the sintering process, calcium monoxide separated from the calcium carbonate (CaCO 3) (CaO) Reacts with silica sol (SiO 2 ) and the aluminum borate particles to produce a calcium-boron-silicon sintered body (Ca-B-Si sintered body). The calcium-boron-silicon sintered body (Ca-B-Si sintered body) firmly bonds ceramic fibers or / and other ceramic particles to each other, and is sufficient between the fibers or / and particles. A wide space is formed. Here, the aluminum borate particles (9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3) shows in accordance with the particle size decreases, calcium monoxide and (CaO) silica sol tends to be good reactivity with (SiO 2) . For this reason, by using aluminum borate particles having a particle size of 10 μm or less, a calcium-boron-silicon sintered body (Ca-B-Si sintered body) capable of firmly bonding ceramic fibers and ceramic particles in the sintering step. ) Can be generated sufficiently and easily.

したがって、本方法によれば、高い強度と優れた通気性とを発揮し得る複合材用プリフォームを製造することができる。そして、本方法により製造された複合材用プリフォームを高速ダイカスト成形法に適用することにより、優れた力学的特性を発揮し得る金属複合材を成形可能となる。   Therefore, according to this method, a preform for composite material that can exhibit high strength and excellent air permeability can be manufactured. Then, by applying the composite preform produced by this method to the high-speed die casting method, a metal composite material that can exhibit excellent mechanical properties can be formed.

尚、混合工程で混合するホウ酸アルミニウム粒子(9Al・2B)は、粒径1μm以上かつ5μm以下のものが、一酸化カルシウム(CaO)とシリカゾル(SiO)との反応性に一層優れ、好適に用い得る。 Incidentally, aluminum borate particles (9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3) mixed in the mixing step, the following particle size 1μm or more and 5μm is, the reaction of calcium monoxide and (CaO) and silica sol (SiO 2) It is more excellent in properties and can be suitably used.

本発明は、上述したように、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に、シリカゾル及び炭酸カルシウムとを混合して、所定温度で焼結してなり、該焼結によってシリカゾルと炭酸カルシウムから分解された一酸化カルシウムとが反応して生成されたカルシウム−ケイ素焼結体により、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子が相互に結合され、かつ該繊維又は/及び粒子間に空隙が形成されてなる複合材用プリフォームであるから、上述した従来構成の無機バインダーの結晶化により結合されたプリフォームに比して、高い強度と優れた通気性とを発揮することができ得る。そして、この複合材用プリフォームは、高い生産性を発揮し得る高速ダイカスト成形法に適用可能であり、優れた力学的特性を有する金属複合材を成形できるものである。   In the present invention, as described above, the ceramic fiber or / and ceramic particles are mixed with silica sol and calcium carbonate and sintered at a predetermined temperature, and the sintered silica sol and calcium carbonate are decomposed by the sintering. A composite material composite in which ceramic fibers or / and ceramic particles are bonded to each other and voids are formed between the fibers or / and particles by a calcium-silicon sintered body produced by a reaction with calcium oxide. Since it is a reform, it can exhibit high strength and excellent air permeability as compared with the preform bonded by crystallization of the inorganic binder having the conventional structure described above. The preform for composite material can be applied to a high-speed die casting method capable of exhibiting high productivity, and can form a metal composite material having excellent mechanical properties.

ここで、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に混合するシリカゾルが、その含有するシリカの重量を、セラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.01以上かつ0.15以下の重量比となるようにしたものである共に、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に混合する炭酸カルシウムが、その重量を、セラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.001以上かつ0.15以下の重量比となるようにしたものである構成にあっては、高い強度と優れた通気性をバランス良くかつ安定的に発揮し得る。   Here, the silica sol mixed with the ceramic fibers or / and the ceramic particles has a weight ratio of 0.01 to 0.15 with respect to the total weight of the ceramic fibers and the ceramic particles. The calcium carbonate mixed with the ceramic fibers and / or ceramic particles has a weight ratio of 0.001 or more and 0.15 or less with respect to the total weight of the ceramic fibers and ceramic particles. In the configuration as described above, high strength and excellent air permeability can be exhibited in a balanced and stable manner.

また、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に混合する炭酸カルシウムが、粒径10μm以下のものである構成にあっては、該炭酸カルシウムから分解した一酸化カルシウムがシリカゾルと反応し易く、カルシウム−ケイ素焼結体が繊維又は/及び粒子に滑らかな膜状に付着することとなるため、一層高い強度と優れた通気性とを発揮し得る。   Further, when the calcium carbonate mixed with the ceramic fiber or / and the ceramic particles has a particle size of 10 μm or less, the calcium monoxide decomposed from the calcium carbonate easily reacts with the silica sol, and the calcium-silicon firing Since the bonded body adheres to the fibers or / and particles in a smooth film shape, higher strength and excellent air permeability can be exhibited.

また、焼結前のセラミック粒子として、粒径10μm以下のホウ酸アルミニウム粒子を用いてなるものである構成とした場合にあっては、このホウ酸アルミニウム粒子と、シリカゾルと、炭酸カルシウムから分解した一酸化カルシウムとが反応して生成されたカルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体によって、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子を結合したものとなる。この複合材用プリフォームにあっても、上述した従来構成のプリフォームに比して、高い強度と優れた通気性とを発揮し得る。   In addition, when the ceramic particles before sintering were composed of aluminum borate particles having a particle size of 10 μm or less, the aluminum borate particles, silica sol, and calcium carbonate were decomposed. Ceramic fibers or / and ceramic particles are bonded by a calcium-boron-silicon sintered body produced by reaction with calcium monoxide. Even in the preform for composite material, it is possible to exhibit high strength and excellent air permeability as compared with the preform having the above-described conventional configuration.

一方、上記した複合材用プリフォームの製造方法として、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に、シリカゾル及び炭酸カルシウムを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、該混合水溶液から水分を除去して混合物を形成する脱水工程と、この混合物を所定温度で焼結することによって、シリカゾルと、炭酸カルシウムから分解した一酸化カルシウムとを反応させて生成したカルシウム−ケイ素焼結体により、各セラミック繊維又は/及びセラミック粒子を相互に結合するようにした焼結工程とを備えた方法としたから、上述した高い強度と優れた通気性とを有する複合材用プリフォームを比較的容易かつ安定的に製造することができ得る。さらに、この製造方法により製造された複合材用プリフォームは、高速ダイカスト成形法に適用可能であり、高い生産性を発揮すると共に、優れた力学的特性を有する金属複合材を得ることができる。   On the other hand, as a manufacturing method of the above-mentioned composite preform, a mixing step of mixing a silica fiber and / or ceramic particles with silica sol and calcium carbonate in water to prepare a mixed aqueous solution, and removing water from the mixed aqueous solution Each ceramic fiber or each of the ceramic fibers or the dehydration step for forming a mixture and the calcium-silicon sintered body produced by reacting the silica sol with calcium monoxide decomposed from calcium carbonate by sintering the mixture at a predetermined temperature. And / or a sintering process in which ceramic particles are bonded to each other, so that the above-described composite preform having high strength and excellent air permeability can be manufactured relatively easily and stably. You can get. Furthermore, the composite preform produced by this production method can be applied to a high-speed die casting method, and can exhibit a high productivity and obtain a metal composite material having excellent mechanical properties.

ここで、混合工程で混合するシリカゾルが、その含有するシリカの重量を、セラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.01以上かつ0.15以下の重量比となるようにしたものであると共に、混合工程で混合する炭酸カルシウムが、その重量を、セラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.001以上かつ0.15以下となるようにしたものである方法にあっては、高い強度と優れた通気性をバランス良くかつ安定的に発揮し得る複合材用プリフォームを製造できる。   Here, the silica sol to be mixed in the mixing step is such that the weight of silica contained in the silica sol becomes a weight ratio of 0.01 or more and 0.15 or less with respect to the total weight of the ceramic fibers and ceramic particles. In addition, the calcium carbonate to be mixed in the mixing step is high in the method in which the weight is 0.001 or more and 0.15 or less with respect to the total weight of the ceramic fibers and ceramic particles. It is possible to produce a preform for composite material that can exhibit strength and excellent air permeability in a balanced and stable manner.

また、混合工程で混合する炭酸カルシウムが、粒径10μm以下のものであるとした方法にあっては、炭酸カルシウムから分解した一酸化カルシウムがシリカゾルと反応し易く、カルシウム−ケイ素焼結体が、繊維又は/及び粒子に滑らかに付着する。而して、この方法で製造された複合材用プリフォームは、高い強度と優れた通気性とを、一層バランス良くかつ安定して発揮できるものとなる。   Further, in the method in which the calcium carbonate to be mixed in the mixing step has a particle size of 10 μm or less, calcium monoxide decomposed from calcium carbonate easily reacts with silica sol, and the calcium-silicon sintered body is Smoothly adheres to the fibers or / and particles. Thus, the composite preform produced by this method can exhibit high strength and excellent breathability in a more balanced and stable manner.

また、混合工程で、セラミック粒子として、粒径10μm以下のホウ酸アルミ粒子を混入して混合水溶液を調合するようにした方法にあっては、焼結工程で、このホウ酸アルミニウム粒子がシリカゾルと炭酸カルシウムから分解した一酸化カルシウムと反応してカルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体を生成する。このカルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体により繊維又は/粒子を結合した複合材用プリフォームは、上述した従来構成のプリフォームに比して、高い強度と優れた通気性とを発揮し得る。   Further, in the mixing step, the aluminum borate particles having a particle size of 10 μm or less are mixed as ceramic particles to prepare a mixed aqueous solution. In the sintering step, the aluminum borate particles are mixed with silica sol. It reacts with calcium monoxide decomposed from calcium carbonate to produce a calcium-boron-silicon sintered body. The preform for composite material in which fibers or particles are bonded by this calcium-boron-silicon sintered body can exhibit high strength and excellent air permeability as compared with the preform having the above-described conventional configuration.

本発明の実施例を添付図面を用いて詳述する。
図1は、複合材用プリフォーム1を製造する工程を表した図であり、このプリフォーム製造工程は、混合工程、脱水工程、乾燥工程、焼結工程から構成されている。図1(A)は混合工程であって、所定の容器21内で、各材料を水中で攪拌棒31により攪拌してほぼ均質に混合させて混合水溶液8をつくる。そして、この混合水溶液8を、容器21から吸引成形器22に移す。図1(B)は脱水工程であって、混合水溶液8から、フィルター24を介して真空ポンプ23によって水分を吸引し、混合物9を得る。そして、この混合物9を、吸引成形器22から取り出して充分に乾燥させる乾燥工程を行う(図示省略)。図1(C)は焼結工程であって、この混合物9を加熱炉25内のテーブル32に設置し、該加熱炉25に接続された真空ポンプ29によって加熱炉25の内部を真空状態とした後、所定雰囲気中で加熱して焼結させることにより、所望の複合材用プリフォーム1を得る。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a process of manufacturing a composite preform 1, and the preform manufacturing process includes a mixing process, a dehydrating process, a drying process, and a sintering process. FIG. 1A shows a mixing step, in which a mixed aqueous solution 8 is prepared by stirring each material in water with a stirring bar 31 in a predetermined container 21 and mixing them almost uniformly. Then, the mixed aqueous solution 8 is transferred from the container 21 to the suction molding device 22. FIG. 1B shows a dehydration step, in which water is sucked from the mixed aqueous solution 8 through the filter 24 by the vacuum pump 23 to obtain the mixture 9. And the drying process which takes out this mixture 9 from the suction molding machine 22 and fully dries is performed (illustration omitted). FIG. 1C shows a sintering process. The mixture 9 is placed on a table 32 in the heating furnace 25, and the inside of the heating furnace 25 is evacuated by a vacuum pump 29 connected to the heating furnace 25. Then, the desired composite preform 1 is obtained by heating and sintering in a predetermined atmosphere.

次に、図2に示すようなダイカスト成形工程によって、上記の複合材用プリフォーム1にアルミニウム合金の溶湯6を含浸させることにより金属複合材10を成形する。このダイカスト成形工程を行うダイカスト成形装置33にあっては、図2(A)のように、所定形状のキャビティ35を形成する金型34と、該キャビティ35内に射出する溶湯6を一旦滞留させ、進退駆動制御されたプランジャーチップ38によって該溶湯6を射出するスリーブ37とを備えている。そして、金型34のキャビティ35内に複合材用プリフォーム1を配置し、また、該キャビティ35内に射出する溶湯6を、プランジャーチップ38を退出位置としたスリーブ37に注入する。そして、図2(B)のように、金型34の湯口36にスリーブ37を接続し、プランジャーチップ38を進出駆動することにより、該スリーブ37内の溶湯6をキャビティ35内に射出する。このようにして、金属複合材10を得る。尚、このダイカスト成型装置33は、プランジャーチップ38を進出駆動する駆動速度を変更することが可能であり、該駆動速度を比較的高速とすることにより所謂高速ダイカスト成形を行うことができる。   Next, the metal composite material 10 is formed by impregnating the above-mentioned composite material preform 1 with the molten aluminum alloy 6 in a die casting process as shown in FIG. In the die casting apparatus 33 that performs this die casting process, as shown in FIG. 2A, a mold 34 that forms a cavity 35 having a predetermined shape and a molten metal 6 that is injected into the cavity 35 are temporarily retained. And a sleeve 37 for injecting the molten metal 6 by a plunger tip 38 that is controlled to advance and retreat. Then, the composite preform 1 is disposed in the cavity 35 of the mold 34, and the molten metal 6 injected into the cavity 35 is injected into the sleeve 37 with the plunger tip 38 in the retracted position. As shown in FIG. 2B, the sleeve 37 is connected to the gate 36 of the mold 34 and the plunger chip 38 is driven to advance, whereby the molten metal 6 in the sleeve 37 is injected into the cavity 35. In this way, the metal composite material 10 is obtained. The die casting apparatus 33 can change the driving speed for driving the plunger tip 38 to advance, and can perform so-called high speed die casting by making the driving speed relatively high.

上述の複合材用プリフォーム1の製造工程及び該複合材用プリフォーム1にアルミニウム合金の溶湯6を含浸させるダイカスト成形工程と、各工程により夫々に成形される複合材用プリフォーム1及び金属複合材10を、以下の具体例に従って説明する。   Manufacturing process of the above-described composite material preform 1, die casting process of impregnating the composite material preform 1 with molten aluminum alloy 6, composite material preform 1 and metal composite formed by each process, respectively. The material 10 is demonstrated according to the following specific examples.

上述した混合工程(図1(A))で、容器21内の水中に下記(i)〜(v)以下の材料を入れる。
(i)アルミナ短繊維2(平均繊維径5μm、平均嵩比20cc/5gf)
(ii)ホウ酸アルミニウム粒子3(9Al・2B、平均粒径30μm)
(iii)炭酸カルシウム粒子4(CaCO、平均粒子径0.3μm)
(iv)黒鉛粒子5(平均粒径20μm)
(v)シリカゾル7(SiO、濃度約40%のコロイド状水溶液)
ここで、平均繊維径、平均嵩比、平均粒径は、それぞれ繊維径、嵩比、粒径の平均値であり、バラツキを有している。尚、アルミナ短繊維2が、本発明にかかるセラミック繊維であり、ホウ酸アルミニウム粒子3及び黒鉛粒子5が、本発明にかかるセラミック粒子である。そして、これらセラミック繊維やセラミック粒子が、所謂強化材である。
In the mixing step (FIG. 1A) described above, the following materials (i) to (v) below are put into the water in the container 21.
(I) Alumina short fiber 2 (average fiber diameter 5 μm, average bulk ratio 20 cc / 5 gf)
(Ii) Aluminum borate particles 3 (9Al 2 O 3 .2B 2 O 3 , average particle size 30 μm)
(Iii) Calcium carbonate particles 4 (CaCO 3 , average particle diameter 0.3 μm)
(Iv) Graphite particles 5 (average particle size 20 μm)
(V) Silica sol 7 (SiO 2 , colloidal aqueous solution with a concentration of about 40%)
Here, the average fiber diameter, the average bulk ratio, and the average particle diameter are average values of the fiber diameter, the bulk ratio, and the particle diameter, respectively, and have variations. The short alumina fibers 2 are ceramic fibers according to the present invention, and the aluminum borate particles 3 and the graphite particles 5 are ceramic particles according to the present invention. These ceramic fibers and ceramic particles are so-called reinforcing materials.

ここで、上記したアルミナ短繊維2は約10体積%、ホウ酸アルミニウム粒子3は約8体積%、黒鉛粒子5は約6体積%となるようにして調整した。さらに、炭酸カルシウム粒子4は、その重量が、アルミニウム短繊維2とホウ酸アルミニウム粒子3と黒鉛粒子5の合計重量に対して約0.05の重量比となるようにして加え、同様に、シリカゾル7は、この水溶液中のシリカの重量が、この合計重量に対して約0.06の重量比となるようにして加えた。   Here, the alumina short fibers 2 were adjusted to be about 10% by volume, the aluminum borate particles 3 to be about 8% by volume, and the graphite particles 5 to be about 6% by volume. Further, the calcium carbonate particles 4 are added so that the weight is about 0.05 with respect to the total weight of the aluminum short fibers 2, the aluminum borate particles 3 and the graphite particles 5. 7 was added so that the weight of silica in the aqueous solution was about 0.06 with respect to the total weight.

そして、上記(i)〜(v)の各材料を入れた水溶液を攪拌棒31で攪拌することにより、各材料がほぼ均一に混在した混合水溶液8を得る。尚、粒子径の小さい炭酸カルシウム4の分散性は良く、混合水溶液8のほぼ全域に亘って存在する。   Then, by stirring the aqueous solution containing the materials (i) to (v) with the stirring rod 31, a mixed aqueous solution 8 in which the materials are mixed almost uniformly is obtained. In addition, the dispersibility of the calcium carbonate 4 having a small particle diameter is good, and it exists over almost the entire region of the mixed aqueous solution 8.

次に、この混合水溶液8を吸引成形器22に移し、上述の脱水工程(図1(B))に移行する。この吸引成形器22には、内部をフィルター24により上下に区画され、その上部領域26aに混合水溶液8が流入される円筒形状の水溶液滞留部26と、この水溶液滞留部26の下方に設けられ、該水溶液滞留部26の下部領域26bと連通する水滞留部27と、この水滞留部27に接続され、該水滞留部27を経て、水溶液滞留部26から水分を吸引する真空ポンプ23とを備えている。   Next, the mixed aqueous solution 8 is transferred to the suction molder 22 and the above-described dehydration step (FIG. 1B) is performed. The suction molder 22 is provided with a cylindrical aqueous solution retaining part 26 into which the mixed aqueous solution 8 flows into an upper region 26a, and a lower part of the aqueous solution retaining part 26. A water retention portion 27 that communicates with the lower region 26b of the aqueous solution retention portion 26, and a vacuum pump 23 that is connected to the water retention portion 27 and sucks moisture from the aqueous solution retention portion 26 via the water retention portion 27. ing.

脱水工程にあっては、吸引成形器22の水溶液滞留部26の上部領域26aに、上述の混合水溶液8を流入した後、真空ポンプ23を作動させることにより、該混合水溶液8の水分を、水滞留部27から水溶液滞留部26の下部領域26bを経て吸引する。これにより、混合水溶液8の水分がフィルター24を通過して流下し、上記した各材料が混合してなる円筒形状の混合物9を得る。さらに、この混合物9を吸引成形器22から取り出し、約120℃の乾燥炉等に入れ、充分に水分を除去する乾燥工程を行う(図示省略)。   In the dehydration step, after the mixed aqueous solution 8 has flowed into the upper region 26a of the aqueous solution retaining portion 26 of the suction molder 22, the vacuum pump 23 is operated, so that the water in the mixed aqueous solution 8 is converted into water. Suction is performed from the retention portion 27 through the lower region 26 b of the aqueous solution retention portion 26. Thereby, the water | moisture content of the mixed aqueous solution 8 flows down through the filter 24, and the cylindrical mixture 9 formed by mixing each above-mentioned material is obtained. Further, the mixture 9 is taken out from the suction molder 22 and placed in a drying furnace or the like at about 120 ° C., and a drying process is performed to sufficiently remove moisture (not shown).

ここで、上記した脱水工程後の混合物9は、混合工程で各材料がほぼ均一に分散されて存在する混合水溶液8から成るものであるから、同様に各材料がほぼ均一に分散された状態となっている。この混合物9は、シリカゾル7がアルミナ短繊維2やホウ酸アルミニウム粒子3や黒鉛粒子5の各表面上に膜状に付着しており、炭酸カルシウム粒子4がこのシリカゾル7の全域に亘ってほぼ均一に付着した状態となっている(図示省略)。そして、夫々隣接するアルミナ短繊維2やホウ酸アルミニウム粒子3や黒鉛粒子5がシリカゾル7の付着力により接着されたような状態となっている(図示省略)。これにより、次の加熱炉25への搬送時に、混合物9が変形したり壊れたりすることを防止し、該混合物9の形態が維持され得る。尚、この各強化材同士がシリカゾル7の付着力により結び付いている状態は、後述する焼結工程後の結合に比して弱く、比較的丁寧な搬送に耐え得るものである。   Here, since the mixture 9 after the dehydration step is composed of the mixed aqueous solution 8 in which the respective materials are dispersed almost uniformly in the mixing step, similarly, the respective materials are almost uniformly dispersed. It has become. In this mixture 9, the silica sol 7 is attached in a film shape on the surfaces of the short alumina fibers 2, the aluminum borate particles 3, and the graphite particles 5, and the calcium carbonate particles 4 are substantially uniform over the entire area of the silica sol 7. (Not shown). The adjacent alumina short fibers 2, aluminum borate particles 3, and graphite particles 5 are in a state of being bonded by the adhesive force of the silica sol 7 (not shown). Thereby, at the time of conveyance to the next heating furnace 25, the mixture 9 is prevented from being deformed or broken, and the form of the mixture 9 can be maintained. The state in which the reinforcing materials are bonded to each other by the adhesive force of the silica sol 7 is weaker than the bonding after the sintering process described later, and can withstand relatively careful conveyance.

次に、上述した焼結工程(図1(C))に移行する。上記の混合物9を、加熱炉25内に設置されたテーブル32上に置く。そして、真空ポンプ29を作動させ、加熱炉25の内部を10Paの真空状態とする。その後、この炉内に窒素ガスを5L/minの一定流量で流しつつ加熱し、約1150℃で保持する。そして、室温まで炉冷し(図示省略)、円柱形状の複合材用プリフォーム1A(図3参照)を得る。ここで、本実施例1は、黒鉛粒子5を混合していることから、該黒鉛粒子5が酸化消失しないように、窒素ガス雰囲気中で焼成工程を行うようにしている。   Next, the process proceeds to the above-described sintering step (FIG. 1C). The mixture 9 is placed on a table 32 installed in the heating furnace 25. And the vacuum pump 29 is operated and the inside of the heating furnace 25 is made into a 10 Pa vacuum state. Thereafter, the furnace is heated while flowing nitrogen gas at a constant flow rate of 5 L / min and maintained at about 1150 ° C. Then, the furnace is cooled to room temperature (not shown) to obtain a cylindrical composite preform 1A (see FIG. 3). Here, in Example 1, since the graphite particles 5 are mixed, the firing step is performed in a nitrogen gas atmosphere so that the graphite particles 5 are not oxidized and lost.

この焼成工程では、シリカゾル7に付着している炭酸カルシウム粒子(CaCO)4が高温下で一酸化カルシウム(CaO)と二酸化炭素(CO)に分解して、この一酸化カルシウム(CaO)がシリカゾル(SiO)7と反応することにより(図示省略)、ガラス状態のカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)11を生成する(図3,4参照)。ここで、シリカゾル7は、混合物9の状態で、上述したように、アルミナ短繊維2やホウ酸アルミニウム粒子3や黒鉛粒子5の各表面上に膜状に付着しており、かつ炭酸カルシウム粒子4がほぼ均一に分散して該シリカゾル7に付着している。これにより、アルミナ短繊維2やホウ酸アルミニウム粒子3や黒鉛粒子5には、膜状のカルシウム−ケイ素焼結体11がほぼ均一に生成されることとなり得る(図4参照)。そして、このように生成されたカルシウム−ケイ素焼結体は、アルミナ短繊維2、ホウ酸アルミニウム粒子3、黒鉛粒子5の強化材同士を強固に結合する。これにより、この焼結工程で成形された複合材用プリフォーム1Aは、高い強度を発揮し得るものとなっている。 In this firing step, the calcium carbonate particles (CaCO 3 ) 4 attached to the silica sol 7 are decomposed into calcium monoxide (CaO) and carbon dioxide (CO 2 ) at a high temperature, and this calcium monoxide (CaO) is By reacting with silica sol (SiO 2 ) 7 (not shown), a calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) 11 in a glass state is generated (see FIGS. 3 and 4). Here, as described above, the silica sol 7 is in the form of the mixture 9 and adhered to the surfaces of the alumina short fibers 2, the aluminum borate particles 3, and the graphite particles 5, and the calcium carbonate particles 4. Are dispersed almost uniformly and adhered to the silica sol 7. Thereby, a film-like calcium-silicon sintered body 11 can be generated almost uniformly on the alumina short fibers 2, the aluminum borate particles 3 and the graphite particles 5 (see FIG. 4). And the calcium-silicon sintered compact produced | generated in this way couple | bonds the reinforcing material of the alumina short fiber 2, the aluminum borate particle 3, and the graphite particle 5 firmly. Thus, the composite preform 1A formed in this sintering step can exhibit high strength.

上記複合材用プリフォーム1Aでは、図3の拡大写真から、カルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)11が、アルミナ短繊維2、ホウ酸アルミニウム粒子3、黒鉛粒子5を被覆するように、滑らかな膜状に付着しており、このカルシウム−ケイ素焼結体11によって隣り合う強化材同士が結合されていることが確認できる(図4参照)。また、このカルシウム−ケイ素焼結体11は、アルミナ短繊維2、ホウ酸アルミニウム粒子3、黒鉛粒子5を被覆するように膜状に付着していることから、これら各強化材間に比較的広い空隙14が形成されている。これにより、この複合材用プリフォーム1Aが優れた通気性を発揮し得るものとなっている。   In the composite preform 1A, the calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) 11 covers the alumina short fibers 2, the aluminum borate particles 3, and the graphite particles 5 from the enlarged photograph of FIG. Thus, it can adhere to the smooth film | membrane form, and it can confirm that the adjacent reinforcing materials are couple | bonded by this calcium-silicon sintered compact 11 (refer FIG. 4). In addition, since the calcium-silicon sintered body 11 is attached in a film shape so as to cover the alumina short fibers 2, the aluminum borate particles 3 and the graphite particles 5, it is relatively wide between these reinforcing materials. A void 14 is formed. Thereby, this preform 1A for composite materials can exhibit excellent air permeability.

このように複合材用プリフォーム1Aは、そのほぼ全体に亘ってほぼ均一に、アルミナ短繊維2、ホウ酸アルミニウム粒子3、黒鉛粒子5を膜状に被覆するようにカルシウム−ケイ素焼結体11が付着されてなるものとなっている。したがって、上記した強度及び通気性をその全域でほぼ均等に発揮でき、総じて高い強度と優れた通気性とが安定して発揮され得る。   Thus, the composite preform 1A is substantially uniformly distributed throughout the entire length of the alumina short fiber 2, the aluminum borate particles 3, and the graphite particles 5 in a film shape. Is attached. Therefore, the above-described strength and air permeability can be exhibited almost uniformly throughout the entire area, and overall high strength and excellent air permeability can be stably exhibited.

尚、このように複合材用プリフォーム1を製造するプリフォーム製造工程は、本発明にかかる複合材用プリフォームの製造方法に従って構成されている。   In addition, the preform manufacturing process which manufactures the preform 1 for composite materials in this way is comprised according to the manufacturing method of the preform for composite materials concerning this invention.

次に、上述したプリフォーム製造工程で製造した複合材用プリフォーム1Aを、ダイカスト成形装置33(図2参照)によりアルミニウム合金と複合化し、所望の金属複合材10Aを成形する。このダイカスト成形装置33は、複合材用プリフォーム1Aに、アルミニウム合金(JIS ADC12)の溶湯6を含浸するようにしている。ここで、本実施例1にあっては、金型34が、凸形状の上型34aと凹形状の下型34bとを嵌め合わせることにより、円筒形状のキャビティ35が形成されるものとしており、該キャビティ35内に、円筒形状に形成された複合材用プリフォーム1Aが嵌入可能となるようにしている。また、この金型34の下型34bには、スリープ37が接続される接続部(図示省略)と、該スリープ37が接続された場合に、スリープ37内の溶湯6がキャビティ35内に流入する湯口36とが設けられている。尚、上型34aと下型34bとが嵌め合わされた場合には、キャビティ35と湯口36とを連通する湯路39も形成されるようになっており、湯口36から流入した溶湯6は湯路39を通じてキャビティ35内へ流入する。   Next, the composite preform 1A manufactured in the above-described preform manufacturing process is combined with an aluminum alloy by the die casting apparatus 33 (see FIG. 2) to form a desired metal composite 10A. In this die casting apparatus 33, the composite preform 1A is impregnated with a molten metal 6 of an aluminum alloy (JIS ADC12). Here, in the first embodiment, the mold 34 is formed by fitting the convex upper mold 34a and the concave lower mold 34b to form the cylindrical cavity 35. In the cavity 35, the composite preform 1A formed in a cylindrical shape can be fitted. The lower die 34b of the die 34 is connected to a connecting portion (not shown) to which the sleep 37 is connected, and when the sleep 37 is connected, the molten metal 6 in the sleep 37 flows into the cavity 35. A gate 36 is provided. When the upper mold 34a and the lower mold 34b are fitted together, a water passage 39 that communicates the cavity 35 and the gate 36 is also formed, and the molten metal 6 that flows from the gate 36 flows into the water path. It flows into the cavity 35 through 39.

先ず、上記した複合材用プリフォーム1Aを約600℃で予熱し、金型34を200〜250℃に保持しておく。そして、図2(A)のように、下型34bに予熱した複合材用プリフォーム1Aを配置して、上型34aを嵌め合わせる。これにより、金型34の円筒形状のキャビティ35に複合材用プリフォーム1Aが収容される。一方、約680℃に保持したアルミニウム合金の溶湯6を、金型34の下方位置に在って、プランジャーチップ38を退出位置(図示省略)としたスリーブ37に注入する。この後、図2(B)のように、スリープ37を昇動して、金型34の湯口36に該スリーブ37の上端部を接続する。そして、プランジャーチップ38を退避位置から所定駆動速度で進出駆動して、スリープ37内の溶湯6をキャビティ35内へ射出する。ここで、湯口36から流入する溶湯6の射出速度が、比較的高速の約2.0m/sとなるように、プランジャーチップ38の駆動速度を調整している。   First, the above-mentioned composite preform 1A is preheated at about 600 ° C., and the mold 34 is kept at 200 to 250 ° C. Then, as shown in FIG. 2A, the preheated composite material preform 1A is disposed on the lower mold 34b, and the upper mold 34a is fitted together. Thereby, the composite preform 1 </ b> A is accommodated in the cylindrical cavity 35 of the mold 34. On the other hand, the molten aluminum alloy 6 maintained at about 680 ° C. is poured into the sleeve 37 at the lower position of the mold 34 and the plunger tip 38 in the retracted position (not shown). Thereafter, as shown in FIG. 2 (B), the sleep 37 is moved upward to connect the upper end of the sleeve 37 to the gate 36 of the mold 34. Then, the plunger tip 38 is driven to advance from the retracted position at a predetermined driving speed, and the molten metal 6 in the sleep 37 is injected into the cavity 35. Here, the driving speed of the plunger tip 38 is adjusted so that the injection speed of the molten metal 6 flowing from the gate 36 becomes a relatively high speed of about 2.0 m / s.

そして、図2(C)のように、キャビティ35内に溶湯6が充填されると、プランジャーチップ38が停止して該溶湯6の注入が止まり、冷却後にスリーブ37を降動して金型34から取り外す。そして、金型34の上型34aと下型34bとを分離して、該金型34から金属複合材10A(図5参照)を取り出す(図2(D))。尚、この金属複合材10Aは、金型34から取り外した後、湯口36及び湯路39により形成された部位は除去して、円筒形状としている(図示省略)。この金属複合材10Aは、複合材用プリフォーム1Aにアルミニウム合金6’(図5参照)が含浸されて複合化されてなるものであり、本実施例にあっては円筒形状に形成されている。この金属複合材10Aを断面観察した結果、図5のように、アルミナ短繊維2やホウ酸アルミニウム粒子3や黒鉛粒子5の間にアルミニウム合金6’が充分に含浸されており、巣(未含浸部位)が生じていないことを確認した。   Then, as shown in FIG. 2C, when the molten metal 6 is filled in the cavity 35, the plunger tip 38 stops and the injection of the molten metal 6 stops, and after cooling, the sleeve 37 is moved down to mold the mold. Remove from 34. Then, the upper mold 34a and the lower mold 34b of the mold 34 are separated, and the metal composite material 10A (see FIG. 5) is taken out from the mold 34 (FIG. 2D). In addition, after removing this metal composite material 10A from the metal mold | die 34, the site | part formed with the gate 36 and the water channel 39 is removed, and it has a cylindrical shape (illustration omitted). This metal composite material 10A is formed by impregnating a composite preform 1A with an aluminum alloy 6 '(see FIG. 5) and is formed into a cylindrical shape in this embodiment. . As a result of cross-sectional observation of the metal composite material 10A, as shown in FIG. 5, the aluminum alloy 6 ′ is sufficiently impregnated between the alumina short fibers 2, the aluminum borate particles 3 and the graphite particles 5, and the nest (unimpregnated) It was confirmed that no part) occurred.

また、上記したようにアルミニウム合金の溶湯6を比較的高速で射出するようにしても、複合材用プリフォーム1Aは変形や破壊せず、成形後の金属複合材10Aに亀裂や割れ等も生じない。このことからも、本実施例1の複合材用プリフォーム1は、高い強度と優れた通気性とを有していることがわかる。   Further, as described above, even when the molten aluminum alloy 6 is injected at a relatively high speed, the composite preform 1A is not deformed or broken, and cracks or cracks occur in the formed metal composite 10A. Absent. This also shows that the composite preform 1 of Example 1 has high strength and excellent air permeability.

一方、実施例2は、プリフォーム製造工程の混合工程(図1(A))で、容器21内の水中に下記(i)〜(v)以下の各材料を入れる。
(i)アルミナ短繊維2(平均繊維径5μm、平均嵩比20cc/5gf)
(ii)ホウ酸アルミニウム粒子3(9Al・2B、平均粒径3μm)
(iii)炭酸カルシウム粒子4(CaCO、平均粒子径0.3μm)
(iv)黒鉛粒子5(平均粒径20μm)
(v)シリカゾル7(SiO、濃度約40%のコロイド状水溶液)
ここで、ホウ酸アルミニウム粒子をその平均粒子径が3μmであるものとした以外は、実施例1と同じとしている。尚、このホウ酸アルミニウム粒子の混合量は、実施例1のホウ酸アルミニウム粒子3と同じ混合量としている。以下、実施例1と同じ工程及び構成の説明は適宜省略し、同じ構成には同じ符号を記している。
On the other hand, Example 2 is the mixing process of the preform manufacturing process (FIG. 1A), and the following materials (i) to (v) below are put into the water in the container 21.
(I) Alumina short fiber 2 (average fiber diameter 5 μm, average bulk ratio 20 cc / 5 gf)
(Ii) Aluminum borate particles 3 (9Al 2 O 3 .2B 2 O 3 , average particle size 3 μm)
(Iii) Calcium carbonate particles 4 (CaCO 3 , average particle diameter 0.3 μm)
(Iv) Graphite particles 5 (average particle size 20 μm)
(V) Silica sol 7 (SiO 2 , colloidal aqueous solution with a concentration of about 40%)
Here, the aluminum borate particles are the same as those in Example 1 except that the average particle diameter is 3 μm. The mixing amount of the aluminum borate particles is the same as that of the aluminum borate particles 3 in Example 1. Hereinafter, the description of the same steps and configurations as in Example 1 will be omitted as appropriate, and the same configurations will be denoted by the same reference numerals.

この混合工程から得た混合水溶液8を、脱水工程(図1(B))で吸引成形器22により水分を除去して混合物9を得る。この混合物9を乾燥工程(図示省略)で乾燥した後、焼結工程へ移行する。焼結工程(図1(C))では、窒素ガス雰囲気中で加熱して約1150℃に保持した後、炉冷して複合材用プリフォーム1B(図6参照)を得る。   Water is removed from the mixed aqueous solution 8 obtained from this mixing step by the suction molder 22 in the dehydration step (FIG. 1B) to obtain a mixture 9. After this mixture 9 is dried in a drying process (not shown), the process proceeds to the sintering process. In the sintering step (FIG. 1 (C)), heating in a nitrogen gas atmosphere and holding at about 1150 ° C., followed by furnace cooling, yielding a composite preform 1B (see FIG. 6).

本実施例2の焼結工程にあっては、炭酸カルシウム粒子(CaCO)4が高温下で一酸化カルシウム(CaO)と二酸化炭素(CO)に分解し、この一酸化カルシウム(CaO)とシリカゾル(SiO)7とホウ酸アルミニウム粒子(9Al・2B)とが反応することによって、ガラス状態のカルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体(Ca−B−Si焼結体)12を生成する(図6参照)。このカルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体12は、アルミナ短繊維2や黒鉛粒子5の表面を被覆するように、そのほぼ全域に亘って滑らかな膜状に付着しており、これら強化材を互いに夫々強固に結合する。これは、図6に示す複合材用プリフォーム1Bの拡大写真からも明らかである。さらに、この複合材用プリフォーム1Bも、上述した実施例1と同様に、カルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体12が強化材の表面を被覆するように滑らかに付着していることから、各強化材間に比較的広い空隙14が形成されており、優れた通気性を有するものとなっている。 In the sintering process of Example 2, the calcium carbonate particles (CaCO 3 ) 4 are decomposed into calcium monoxide (CaO) and carbon dioxide (CO 2 ) at a high temperature, and the calcium monoxide (CaO) and silica sol (SiO 2) 7 and the aluminum borate particles by (9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3) and reacts, calcium glassy state - boron - silicon sinter (Ca-B-Si sinter) 12 is generated (see FIG. 6). The calcium-boron-silicon sintered body 12 is attached in a smooth film shape over almost the entire area so as to cover the surfaces of the short alumina fibers 2 and the graphite particles 5, and these reinforcing materials are attached to each other. Bond firmly. This is also clear from the enlarged photograph of the composite preform 1B shown in FIG. Furthermore, since this composite preform 1B is also adhered smoothly so that the calcium-boron-silicon sintered body 12 covers the surface of the reinforcing material, as in Example 1 described above, A relatively wide space 14 is formed between the materials, and has excellent air permeability.

次に、この複合材用プリフォーム1Bを上記したダイカスト成形装置33で、図2のように、アルミニウム合金(JIS ADC12)の溶湯6を含浸して、金属複合材10B(図7参照)を成形する。このダイカスト成形装置33によるダイカスト成形工程にあっても、上述した実施例1と同様に実行して所望の金属複合材10Bを得る。そして、本実施例2の複合材用プリフォーム1Bにあっても、上述した実施例1と同様、比較的高速の射出速度(約2.0m/s)により溶湯6を含浸しても、変形や破壊、亀裂や割れ等を生じず、所望の金属複合材10Bを得た。このことから、複合材用プリフォーム1Bは、高い強度と優れた通気性を有していることが明らかである。また、この金属複合材10Bを断面観察した結果、図6のように、アルミナ短繊維2や黒鉛粒子5の間にアルミニウム合金6’が充分に含浸されており、巣(未含浸部位)が生じていないことを確認した。   Next, as shown in FIG. 2, the composite preform 1B is impregnated with the molten aluminum 6 (JIS ADC12) 6 by the die casting apparatus 33 described above to form the metal composite 10B (see FIG. 7). To do. Even in the die-casting process by the die-casting apparatus 33, the desired metal composite material 10B is obtained by executing in the same manner as in the first embodiment. Even in the composite material preform 1B of the second embodiment, even if the molten metal 6 is impregnated at a relatively high injection speed (about 2.0 m / s) as in the above-described first embodiment, The desired metal composite material 10B was obtained without causing breakage, cracking, cracking, or the like. From this, it is clear that the preform 1B for composite material has high strength and excellent air permeability. Further, as a result of cross-sectional observation of the metal composite material 10B, as shown in FIG. 6, the aluminum alloy 6 ′ is sufficiently impregnated between the alumina short fibers 2 and the graphite particles 5, and a nest (unimpregnated portion) is generated. Confirmed not.

<比較例1>
また、比較例1として、炭酸カルシウム粒子4を混合せずに、シリカゾル7を無機バインダーとして混合した、従来構成の複合材用プリフォーム61を製造した。
この複合材用プリフォーム61は、上述した実施例1と同様のプリフォーム製造工程で製造する。混合工程(図1(A)参照)で、下記(i)〜(iv)以下の各材料等を容器21の水中で攪拌して混合水溶液(図示省略)を得る。
(i)アルミナ短繊維2(平均繊維径5μm、平均嵩比20cc/5gf)
(ii)ホウ酸アルミニウム粒子3(9Al・2B、平均粒径30μm)
(iii)黒鉛粒子5(平均粒径20μm)
(iv)シリカゾル7(SiO、濃度約40%のコロイド状水溶液)
ここで、比較例1は、炭酸カルシウム粒子4を混合しないこと以外は実施例1と同じとしている。したがって、以下、実施例1と同じ工程及び構成の説明は適宜省略し、同じ構成には同じ符号を記している。
<Comparative Example 1>
Further, as Comparative Example 1, a preform 61 for a composite material having a conventional configuration was manufactured in which silica sol 7 was mixed as an inorganic binder without mixing calcium carbonate particles 4.
This composite preform 61 is manufactured in the same preform manufacturing process as in the first embodiment. In the mixing step (see FIG. 1A), the following materials (i) to (iv) below are stirred in water in the container 21 to obtain a mixed aqueous solution (not shown).
(I) Alumina short fiber 2 (average fiber diameter 5 μm, average bulk ratio 20 cc / 5 gf)
(Ii) Aluminum borate particles 3 (9Al 2 O 3 .2B 2 O 3 , average particle size 30 μm)
(Iii) Graphite particles 5 (average particle size 20 μm)
(Iv) Silica sol 7 (SiO 2 , colloidal aqueous solution having a concentration of about 40%)
Here, Comparative Example 1 is the same as Example 1 except that the calcium carbonate particles 4 are not mixed. Therefore, hereinafter, the description of the same steps and configurations as those of the first embodiment will be omitted as appropriate, and the same configurations are denoted by the same reference numerals.

上記した混合工程後には、実施例1と同様に、脱水工程、乾燥工程、焼結工程を順次実行して(図1参照)、複合材用プリフォーム61(図8参照)を得る。この複合材用プリフォーム61は、図8の拡大写真のように、焼結工程の高温下でシリカゲル7が結晶化した粒状物62が、アルミナ短繊維2、ホウ酸アルミニウム粒子3、黒鉛粒子5の表面に、外方へ突出するように付着している(図9参照)。また、部分的には、このシリカゾル7の結晶化した粒状物62が固まって塊状となって存在している。そして、このように結晶化したシリカゾル7が隣接する強化材同士を結合している。   After the above-described mixing step, similarly to Example 1, a dehydration step, a drying step, and a sintering step are sequentially performed (see FIG. 1) to obtain a composite preform 61 (see FIG. 8). As shown in the enlarged photograph of FIG. 8, the composite material preform 61 is composed of the alumina 62, the aluminum borate particles 3, and the graphite particles 5. Are attached so as to protrude outward (see FIG. 9). Further, in part, the crystallized granular material 62 of the silica sol 7 is solidified and present as a lump. The silica sol 7 thus crystallized bonds the adjacent reinforcing materials together.

上記した複合材用プリフォーム61の拡大写真(図8)から、上述した実施例1及び実施例2に比して、強化材間の隙間が狭くなっていることが容易に推察できる。   From the enlarged photograph (FIG. 8) of the composite preform 61 described above, it can be easily inferred that the gap between the reinforcing materials is narrower than in the first and second embodiments.

このような複合材用プリフォーム61を、上述したダイカスト成形装置33(図2参照)によって、アルミニウム合金の溶湯6を含浸して、金属複合材60(図10参照)を得る。ここで、実施例1と同様の射出速度(約2.0m/s)となるように、プランジャーチップ38を進出駆動すると、複合材用プリフォーム61が変形してしまい、適正な成形を行うことができなかった。このため、溶湯6の射出速度を徐々に低下させ、複合材用プリフォーム61が変形したり、成形後に亀裂や割れ等を生じない射出速度で成形を行った。この射出速度は、約1.0m/sであった。したがって、比較例1の複合材用プリフォーム61は、溶湯6を比較的低速で含浸させねばならず、その強度や通気性が、上述した実施例1,2の複合材用プリフォーム1A,1Bに比して、低いことが推察される。   The composite material preform 61 is impregnated with the molten aluminum alloy 6 by the above-described die casting apparatus 33 (see FIG. 2) to obtain a metal composite material 60 (see FIG. 10). Here, when the plunger tip 38 is driven to advance so as to achieve the same injection speed (about 2.0 m / s) as in the first embodiment, the composite preform 61 is deformed, and proper molding is performed. I couldn't. For this reason, the injection speed of the molten metal 6 was gradually reduced, and molding was performed at an injection speed at which the composite material preform 61 was not deformed or cracked or cracked after forming. The injection speed was about 1.0 m / s. Therefore, the composite material preform 61 of Comparative Example 1 must be impregnated with the molten metal 6 at a relatively low speed, and the strength and air permeability thereof are the composite material preforms 1A and 1B of Examples 1 and 2 described above. It is inferred that it is lower than

そして、上記のようにして成形した金属複合材60を断面観察した結果、図10のように、巣(未含浸部位)Xが存在していることを確認した。したがって、この金属複合材60は、上述した実施例1,2の金属複合材10A,10Bに比して、力学的物性を充分に発揮できないことが推察される。   As a result of cross-sectional observation of the metal composite material 60 formed as described above, it was confirmed that a nest (unimpregnated portion) X was present as shown in FIG. Therefore, it is surmised that this metal composite 60 cannot sufficiently exhibit mechanical properties as compared with the metal composites 10A and 10B of Examples 1 and 2 described above.

次に、上述した実施例1及び実施例2の各複合材用プリフォーム1A,1Bと、比較例1の複合材用プリフォーム61との、強度と通気性とを評価する試験を行った。さらに、実施例1及び実施例2の金属複合材10A,10Bと、比較例1の金属複合材60との、力学的特性を評価する試験を行った。尚、力学的特性としては、代表的に硬度を評価することにより行っている。   Next, tests for evaluating the strength and air permeability of the composite material preforms 1A and 1B of Example 1 and Example 2 described above and the composite material preform 61 of Comparative Example 1 were performed. Furthermore, a test for evaluating mechanical properties of the metal composites 10A and 10B of Example 1 and Example 2 and the metal composite 60 of Comparative Example 1 was performed. The mechanical characteristics are typically evaluated by evaluating the hardness.

ここで、上述した実施例1,2及び比較例1では、各複合材用プリフォーム1A,1B、61を、外径100mm、内径90mm、高さ120mmの円筒形状に製造している。そして、各金属複合材10A,10B,60は、この複合材用プリフォーム1A,1B、61に従って、ほぼ等しい寸法形状に形成している。   Here, in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 described above, the composite material preforms 1A, 1B, and 61 are manufactured in a cylindrical shape having an outer diameter of 100 mm, an inner diameter of 90 mm, and a height of 120 mm. The metal composite materials 10A, 10B, and 60 are formed in substantially the same size and shape according to the composite material preforms 1A, 1B, and 61.

複合材用プリフォーム1A,1B、61の強度評価試験としては、その円筒形状を径方向に圧縮する圧縮試験を行い、それぞれの最大荷重を求め、これを強度として評価した。この結果は、図11のように、比較例1の複合材用プリフォーム61が約10Nであったのに対して、本実施例1,2の複合材用プリフォーム1A,1Bはいずれも約20Nであった。これにより、複合材用プリフォーム1A,1Bは、高い強度を有するものであることが証明された。   As a strength evaluation test of the composite preforms 1A, 1B, 61, a compression test was performed in which the cylindrical shape was compressed in the radial direction, the respective maximum loads were obtained, and this was evaluated as strength. As a result, as shown in FIG. 11, the composite material preform 61 of Comparative Example 1 was about 10 N, whereas the composite material preforms 1A and 1B of Examples 1 and 2 were both about 20N. This proved that the composite preforms 1A and 1B have high strength.

また、複合材用プリフォーム1A,1B、61の通気性評価試験としては、その円筒形状の一方の端面から所定圧力の空気を吹き付け、他方の端面から噴き出る空気の圧力を測定し、この圧力損失を求めて、これを通気性として評価した。すなわち、この圧力損失が小さくなるに従って通気性が向上することとなっている。尚、この通気性評価試験は、JIS R2115の「耐火レンガの通気性試験方法」に準拠して行っている。この結果は、図11のように、比較例1の複合材用プリフォーム61の圧力損失が約7.0KPaで在ったのに対して、本実施例1の複合材用プリフォーム1Aの圧力損失は約5.0KPaであり、実施例2の複合材用プリフォーム1Bの圧力損失は約5.5KPaであった。これにより、複合材用プリフォーム1A,1Bは、優れた通気性を有するものであることが証明された。   In addition, as a breathability evaluation test for the composite preforms 1A, 1B, 61, air of a predetermined pressure is blown from one end face of the cylindrical shape, and the pressure of air blown from the other end face is measured. Loss was determined and evaluated as breathability. That is, the air permeability is improved as the pressure loss is reduced. This breathability evaluation test is conducted in accordance with JIS R2115 “Testing method for breathability of refractory bricks”. As shown in FIG. 11, the pressure loss of the composite preform 61 of Comparative Example 1 was about 7.0 KPa, whereas the pressure of the composite preform 1A of Example 1 was as shown in FIG. The loss was about 5.0 KPa, and the pressure loss of the composite preform 1B of Example 2 was about 5.5 KPa. Thereby, it was proved that the preforms 1A and 1B for composite materials have excellent air permeability.

さらに、金属複合材10A,10B,60の各硬度を評価する硬さ評価試験として、ビッカース硬さ試験を行った。このビッカース硬さ試験は、JIS Z 2244に準拠し、所定の四角錐の圧子を、各複合材のアルミニウム複合層12の表面に、98Nの加重で押しつけ、その硬さを測定した。この結果、比較例1の金属複合材61の硬さは110Hvであったのに対して、実施例1の金属複合材10Aは125Hvであり、実施例2の金属複合材10Bは135Hvであった。これにより、金属複合材10A,10Bは高い硬度を有するものであることが証明された。   Furthermore, a Vickers hardness test was performed as a hardness evaluation test for evaluating each hardness of the metal composite materials 10A, 10B, and 60. In accordance with JIS Z 2244, this Vickers hardness test was performed by pressing a predetermined quadrangular pyramid indenter against the surface of the aluminum composite layer 12 of each composite material with a load of 98 N, and measuring the hardness. As a result, the hardness of the metal composite material 61 of Comparative Example 1 was 110 Hv, whereas the metal composite material 10A of Example 1 was 125 Hv, and the metal composite material 10B of Example 2 was 135 Hv. . Thereby, it was proved that the metal composites 10A and 10B have high hardness.

さらに、これら各金属複合材10A,10B,60の耐久性を評価する試験を行ったところ、実施例1及び実施例2の金属複合材10A,10Bが、比較例1の金属複合材60に比して高い耐久性を示した。このような耐久性の評価結果と、上記した硬度の評価結果とは、金属複合材10A,10Bがアルミニウム合金6’を充分に含浸しており、巣をほとんど生じていないことからも明らかである(図4,6参照)。したがって、本発明にかかる金属複合材10A,10Bは、従来構成の金属複合材60に比して、この耐久性と上記した硬度とに優れた、高い力学的物性を有するものである。   Furthermore, when a test for evaluating the durability of each of the metal composite materials 10A, 10B, 60 was performed, the metal composite materials 10A, 10B of Example 1 and Example 2 were compared with the metal composite material 60 of Comparative Example 1. And showed high durability. Such durability evaluation results and the above-described hardness evaluation results are also clear from the fact that the metal composites 10A and 10B are sufficiently impregnated with the aluminum alloy 6 ', and almost no nests are formed. (See FIGS. 4 and 6). Therefore, the metal composite materials 10A and 10B according to the present invention have high mechanical properties excellent in the durability and the above-described hardness as compared with the metal composite material 60 having the conventional configuration.

このような各評価結果から、本発明にあっては、従来構成のプリフォーム61に比して、高い強度と優れた通気性との両者を有する複合材用プリフォーム1A,1Bを得ることができる。さらに、本発明にかかる複合材用プリフォーム1A,1Bは、比較的高速でアルミニウム合金の溶湯6を充填する高速ダイカスト成形法に適用でき、成形された金属複合材10A,10Bには巣(未含浸部位)がほとんど生成されない。そして、この金属複合材10A,10Bは、優れた力学的物性(硬さ及び耐久性)を有するものである。而して、本発明の複合材用プリフォーム及びその製造方法によれば、例えば自動車のエンジン部品のように要求性能の厳しい部品に用いることができる。さらに、高速ダイカスト成形法に適用できることから、このような複合化した部品の生産性も向上し、高い市場競争力も発揮できる。   From such evaluation results, in the present invention, it is possible to obtain composite preforms 1A and 1B having both high strength and excellent air permeability as compared with preform 61 of the conventional configuration. it can. Furthermore, the composite preforms 1A and 1B according to the present invention can be applied to a high-speed die casting method in which the molten aluminum alloy 6 is filled at a relatively high speed. Almost no impregnation site) is generated. The metal composites 10A and 10B have excellent mechanical properties (hardness and durability). Thus, according to the composite preform and the method for manufacturing the same according to the present invention, it can be used for parts having strict required performance such as automobile engine parts. Furthermore, since it can be applied to a high-speed die casting method, the productivity of such composite parts can be improved and high market competitiveness can be exhibited.

上述した実施例1,2にあっては、セラミック繊維としてアルミナ短繊維2を用い、セラミック粒子として黒鉛粒子5やホウ酸アルミニウム粒子3を用いた構成であるが、その他の種類として、例えば、ホウ酸アルミニウムウィスカとチタン酸カリウムウィスカ等を用いた構成とすることも可能である。また、セラミック繊維、セラミック粒子のいずれか一方のみを混合する構成としても良く、かかる構成にあっても、上述した実施例1,2と同様の作用効果を発揮することが可能である。さらにまた、黒鉛粒子5を混合しなくても良いし、黒鉛粒子5の代わりに活性炭を混合するようにしても良い。この黒鉛粒子や活性炭を混合すると、耐摩耗性や振動減衰性能が向上することから、エンジン部品等に好適である。また、黒鉛粒子や活性炭を用いない場合には、これらの酸化消失を防止する必要がないため、焼結工程を空気中で行っても良い。   In Examples 1 and 2 described above, the short alumina fibers 2 are used as the ceramic fibers, and the graphite particles 5 and the aluminum borate particles 3 are used as the ceramic particles. A structure using aluminum oxide whisker and potassium titanate whisker is also possible. Moreover, it is good also as a structure which mixes only any one of a ceramic fiber and a ceramic particle, and even if it is in this structure, it is possible to exhibit the effect similar to Example 1, 2 mentioned above. Furthermore, the graphite particles 5 may not be mixed, or activated carbon may be mixed instead of the graphite particles 5. When this graphite particle or activated carbon is mixed, wear resistance and vibration damping performance are improved, which is suitable for engine parts and the like. Further, when graphite particles and activated carbon are not used, it is not necessary to prevent these oxidation disappearances, so the sintering step may be performed in the air.

また、アルミナ短繊維2、ホウ酸アルミニウム粒子3、黒鉛粒子5等の強化材の形状寸法としては、例えば、アルミナ短繊維2は、平均径が1μm〜10μm、平均嵩比が10cc/5gf〜50cc/5gfのものを用いても、上述と同様の作用効果を発揮し得る複合材用プリフォーム1を製造可能である。同様に、ホウ酸アルミニウム粒子3は平均粒径が1μm〜100μmのもの、黒鉛粒子5は平均粒径が1μm〜1000μmのものを用いることができる。尚、これら各強化材と異なる種類のセラミック繊維やセラミック粒子を用いた場合には、ほぼ同様な形状寸法のものが好適に用い得る。   The shape dimensions of the reinforcing material such as the alumina short fibers 2, the aluminum borate particles 3 and the graphite particles 5 are, for example, the alumina short fibers 2 having an average diameter of 1 μm to 10 μm and an average bulk ratio of 10 cc / 5 gf to 50 cc. Even when a material of / 5 gf is used, it is possible to manufacture the composite preform 1 that can exhibit the same effects as described above. Similarly, aluminum borate particles 3 having an average particle diameter of 1 μm to 100 μm and graphite particles 5 having an average particle diameter of 1 μm to 1000 μm can be used. In addition, when different types of ceramic fibers and ceramic particles are used, those having substantially the same shape and dimensions can be suitably used.

また、上述した複合材用プリフォーム1の製造工程にあって、焼結工程を行う温度としては、諸処の条件により、800℃〜1500℃で行うことも可能である。例えば、焼結する反応を促進する促進剤を新たに混合して比較的低温で行うこともできる。尚、上記した本実施例1,2にあっては、1000℃〜1200℃で行うことが好適である。   Moreover, in the manufacturing process of the composite preform 1 described above, the temperature at which the sintering process is performed may be 800 ° C. to 1500 ° C. depending on various conditions. For example, a promoter for promoting the sintering reaction may be newly mixed and performed at a relatively low temperature. In Examples 1 and 2 described above, it is preferable to carry out at 1000 ° C. to 1200 ° C.

尚、上述した実施例1の複合材用プリフォーム1の製造工程では、非結晶状となるガラス状態のカルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)11が生成され、実施例2では、ガラス状態のカルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体(Ca−B−Si焼結体)12が生成されるものとしているが、混合工程における混合量や焼成工程の焼成条件によって、これら焼結体は結晶状を成す化合物として生成されることもある。そして、これら焼結体が化合物として生成された場合にあっても、上述と同様の作用効果を適正に発揮することができ得る。   In addition, in the manufacturing process of the composite material preform 1 of Example 1 described above, a calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body) 11 in an amorphous state is generated. The calcium-boron-silicon sintered body (Ca-B-Si sintered body) 12 in a glass state is generated. Depending on the mixing amount in the mixing step and the firing conditions in the firing step, these sintered bodies may be It may be produced as a crystalline compound. And even if these sintered compacts are produced | generated as a compound, the effect similar to the above can be exhibited appropriately.

本発明にあっては、上述した実施例に限定されるものではなく、その他の構成についても、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更可能である。   In this invention, it is not limited to the Example mentioned above, About another structure, it can change suitably within the range of the meaning of this invention.

本発明にかかる、複合材用プリフォーム1を製造するプリフォーム製造工程を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the preform manufacturing process which manufactures the preform 1 for composite materials concerning this invention. 同上のプリフォーム製造工程で製造した複合材用プリフォーム1から金属複合材10を成形するダイカスト成形工程を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the die-cast shaping | molding process which shape | molds the metal composite material 10 from the preform 1 for composite materials manufactured at the preform manufacturing process same as the above. 実施例1の複合材用プリフォーム1Aの、(A)拡大写真と(B)さらに部分的に拡大した拡大写真である。It is (A) enlarged photograph and (B) enlarged photograph which expanded further partially of preform 1A for composite materials of Example 1. FIG. 同上の複合材用プリフォーム1Aを拡大した模式図である。It is the schematic diagram which expanded the preform 1A for composite materials same as the above. 同上の複合材用プリフォーム1Aから成形した金属複合材10Aの断面拡大写真である。It is a cross-sectional enlarged photograph of 10 A of metal composite materials shape | molded from the preform 1A for composite materials same as the above. 実施例5の複合材用プリフォーム1Bの、(A)拡大写真と(B)さらに部分的に拡大した拡大写真である。It is (A) enlarged photograph and (B) the enlarged photograph which expanded further partially of preform 1B for composite materials of Example 5. FIG. 同上の複合材用プリフォーム1Bから成形した金属複合材10Bの断面拡大写真である。It is a cross-sectional enlarged photograph of the metal composite material 10B shape | molded from the preform 1B for composite materials same as the above. 比較例1の複合材用プリフォーム61の、(A)拡大写真と(B)さらに部分的に拡大した拡大写真である。It is (A) enlarged photograph and (B) the enlarged photograph which expanded further partially of the preform 61 for composite materials of the comparative example 1. FIG. 同上の複合材用プリフォーム61を拡大した模式図である。It is the schematic diagram which expanded the preform 61 for composite materials same as the above. 同上の複合材用プリフォーム61から成形した金属複合材60の断面拡大写真である。It is a cross-sectional enlarged photograph of the metal composite material 60 shape | molded from the preform 61 for composite materials same as the above. 実施例1,2及び比較例1の各複合材用プリフォーム1A,1B,61の、その強度と通気性とを評価した結果を表す評価結果図である。It is an evaluation result figure showing the result of having evaluated the intensity | strength and air permeability of each preform 1A, 1B, 61 for composite materials of Examples 1, 2 and Comparative Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A,1B 複合材用プリフォーム
2 アルミナ短繊維(セラミック繊維)
3 ホウ酸アルミニウム粒子(セラミック粒子)
4 炭酸カルシウム粒子
6 アルミニウム合金の溶湯
7 シリカゾル
8 混合水溶液
9 混合物
10,10A,10B 金属複合材
11 カルシウム−ケイ素焼結体(Ca−Si焼結体)
12 カルシウム−ホウ素−ケイ素焼結体(Ca−B−Si焼結体)
14 空隙
1, 1A, 1B Preform for composite material 2 Alumina short fiber (ceramic fiber)
3 Aluminum borate particles (ceramic particles)
4 Calcium carbonate particles 6 Molten aluminum alloy 7 Silica sol 8 Mixed aqueous solution 9 Mixture 10, 10A, 10B Metal composite 11 Calcium-silicon sintered body (Ca-Si sintered body)
12 Calcium-boron-silicon sintered body (Ca-B-Si sintered body)
14 Air gap

Claims (6)

セラミック繊維又は/及びセラミックス粒子を焼結してなるものであって、軽金属の溶湯が含浸されることにより金属複合材を成形するための複合材用プリフォームにおいて、
セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に、セラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.01以上かつ0.15以下の重量比となる重量のシリカを含有するシリカゾルとセラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.001以上かつ0.15以下の重量比となる重量の炭酸カルシウムとを混合して、所定温度で焼結したものであり、該焼結によりシリカゾルと炭酸カルシウムから分解された一酸化カルシウムとが反応して生成されるカルシウム−ケイ素焼結体によって、セラミック繊維又は/及びセラミック粒子が相互に結合され、かつ該繊維又は/及び粒子間に空隙が形成されていることを特徴とする複合材用プリフォーム。
In a preform for a composite material, which is formed by sintering ceramic fibers or / and ceramic particles and is formed by impregnating a molten metal of light metal,
The total weight of silica sol and ceramic fibers and ceramic particles containing silica in a weight ratio of 0.01 to 0.15 with respect to the total weight of the ceramic fibers and ceramic particles in the ceramic fibers or / and ceramic particles Is mixed with calcium carbonate having a weight ratio of 0.001 or more and 0.15 or less, and sintered at a predetermined temperature, and is decomposed from silica sol and calcium carbonate by the sintering. A ceramic fiber or / and ceramic particles are bonded to each other and a void is formed between the fibers or / and particles by a calcium-silicon sintered body produced by a reaction with calcium oxide. Preform for composite materials.
セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に、シリカゾルと共に混合する炭酸カルシウムが、粒径10μm以下のものである請求項1に記載の複合材用プリフォーム。 The composite preform according to claim 1, wherein the calcium carbonate mixed with the silica sol in the ceramic fibers or / and the ceramic particles has a particle diameter of 10 μm or less. 焼結前のセラミック粒子として、粒径10μm以下のホウ酸アルミニウム粒子を用いてなる請求項1又は請求項2に記載の複合材用プリフォーム。 The preform for composite material according to claim 1 or 2 , wherein aluminum borate particles having a particle size of 10 µm or less are used as ceramic particles before sintering. セラミック繊維又は/及びセラミックス粒子を焼結してなり、該焼結後に軽金属の溶湯を含浸して金属複合材を成形するための複合材用プリフォームの製造方法において、
セラミック繊維又は/及びセラミック粒子に、セラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.01以上かつ0.15以下の重量比となる重量のシリカを含有するシリカゾルとセラミック繊維及びセラミック粒子の合計重量に対して0.001以上かつ0.15以下の重量比となる重量の炭酸カルシウムとを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、
該混合水溶液から水分を除去して、混合物を形成する脱水工程と、
この混合物を所定温度で焼結することにより、シリカゾルと、炭酸カルシウムから分解された一酸化カルシウムとを反応させてカルシウム−ケイ素焼結体を生成し、該カルシウム−ケイ素焼結体によりセラミック繊維又は/及びセラミック粒子を相互に結合するようにした焼結工程と
を備えていることを特徴とする複合材用プリフォームの製造方法。
In a method for producing a composite preform for sintering a ceramic fiber or / and ceramic particles and impregnating a molten metal of light metal after the sintering to form a metal composite material,
The total weight of silica sol and ceramic fibers and ceramic particles containing silica in a weight ratio of 0.01 to 0.15 with respect to the total weight of the ceramic fibers and ceramic particles in the ceramic fibers or / and ceramic particles Mixing step of preparing a mixed aqueous solution by mixing calcium carbonate having a weight ratio of 0.001 or more and 0.15 or less in water with water,
A dehydration step of removing water from the mixed aqueous solution to form a mixture;
By sintering this mixture at a predetermined temperature, the silica sol and calcium monoxide decomposed from calcium carbonate are reacted to form a calcium-silicon sintered body, and the calcium-silicon sintered body produces ceramic fibers or And / or a sintering step in which ceramic particles are bonded to each other.
混合工程で混合する炭酸カルシウムが、粒径10μm以下のものである請求項4に記載の複合材用プリフォームの製造方法。 The method for producing a preform for composite material according to claim 4, wherein the calcium carbonate mixed in the mixing step has a particle size of 10 µm or less. 混合工程で、セラミック粒子として、粒径10μm以下のホウ酸アルミ粒子を混入して混合水溶液を調合するようにした請求項4又は請求項5に記載の複合材用プリフォームの製造方法。 The method for producing a composite preform according to claim 4 or 5 , wherein in the mixing step, aluminum borate particles having a particle size of 10 µm or less are mixed as ceramic particles to prepare a mixed aqueous solution.
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